千人计划网站
  设为首页 | 加入收藏 QQ群: 微信公共账号
注册 | 登录 | 中文|English
千人计划网广州  浙江  广西 欢迎广大海内外高层次人才踊跃申报千人计划、国内各地人才计划
您所在的位置:

他们为国产大飞机的复合材料把关

来源:科技日报 作者:吕东光、陈瑜 2017-06-12 17:38:30
  刚刚过去的20多天里,我国大型民用飞机发展史上发生了两件标志性事件:国产大型客机C919成功首飞,C929宽体客机进入实质运行阶段。

  让大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室白瑞祥教授高兴的是,这两件大事都和自己的团队有关。回顾以往,白瑞祥团队历经10年先后成功完成了C919加筋壁板结构、垂尾盒段结构以及尾翼前缘抗鸟撞等结构的承载能力检测和力学性能计算评估等5项课题,让实验室成果走出象牙塔。

  如今团队又迅速投身于宽体客机的预研工作中,在为机身复合材料结构的制备工艺与基本力学性能评估、提高复合材料加筋壁板的承载性能等方面继续开展研究。

  研制国产客机,关键之一是提高先进材料应用水平。复合材料用量是判断民用客机先进性的重要标志,在复合材料应用方面,国产客机面临着国内基础能力薄弱、无适航认证经验等一系列巨大困难,究其原因,是因为我国缺乏大尺度复合材料结构破坏机理和破坏模式的理论和试验分析数据,这给大飞机复合材料的设计和制备带来困难。

  自主研发大型复合材料,是一项艰巨而长期的大工程。2008年,白瑞祥带领的复合材料力学课题组和雷振坤教授带领的光测力学课题组承担了上海飞机设计研究院ARJ支线客机复合材料研发的两个课题项目,2011年10月,大连理工大学被确认为中国商用飞机有限责任公司固定合作单位。

  白瑞祥介绍,针对大型复合材料构件试验需求,研究团队创建了大吨位大尺寸加载系统、承力系统和电测系统,开展了材料级、结构级、部件级的大飞机复合材料结构破坏机理研究,并开发数值分析模型和软件,指导、校正实际试验,成功解决了尾翼复合材料壁板承载强度和安全性能等关键问题,建立了针对飞机典型复合材料结构的破坏行为数据库。

  为确保从复合材料壁板各环节处获得详实、完备有效的实验数据,研究团队采取在飞机壁板关键部位贴大量应变片的采集数据方法。一个大型壁板就需要采集300—400个通道数据,白瑞祥和团队一共测试了60多块壁板,贴了1.8万—2.4万个应变片。白瑞祥和雷振坤带领团队奔赴大飞机各加工基地,在生产线上贴片,在加工车间挥汗如雨。

  试验飞机尾翼结构前缘承载能力时,需要根据飞行的不同姿态和相关飞行参数,找出多种气动载荷危险工况。为此,团队创造性地设计了分力加载拉压垫和分力杠杆系统,将每个杠杆黏贴在一个拉压垫上,拉压垫的另一侧再与前缘处黏结,从而对每个杠杆和夹具进行数值分析和校核。试验在70摄氏度的高温下进行,这对分布加载系统的可靠性,热力耦合作用下黏结界面的稳定性和电测系统及数据的完整有效性,都是一个考验。最终,团队成功实施了多场耦合下大飞机承载能力试验,不仅验证了飞机垂尾和平尾前缘结构的承载能力,还评估了结构安全性问题。

  对此,白瑞祥风趣地说:“做这项试验,比如关于材料的温控载荷,我们要懂物理学;设计制作杠杆,得懂机械学;设计加载拉压垫,保证高温下拉压垫的黏结强度,研究黏结剂的配方及对试验件的氧化方法,我们又得懂化学。”

  除了以上工作,团队还对大飞机垂尾结构盒段部分的复合材料进行了加筋壁板的破坏模式与承载能力试验。试验的内容在于实时捕捉复合材料壁板结构的屈曲模态,即鼓包现象,防止不期望破坏模式。对此,团队采用有限元数值模拟技术和光学形貌测量技术相结合、电测与光测相结合的方法,监测复合材料失效发展过程和复合材料的失效环节。

  试验中,雷振坤潜心十几年研究的光测实验技术发挥出了独特的优势,他还将复合材料屈曲检测方面的技术成果应用于大飞机金属激光焊接壁板的检测中,丰富了团队研究成果。光测试验采集数据量庞大,而且后续数据处理非常辛苦,若电脑一秒钟记录下10个图像,加载一个小时,就有36000个图像,科研人员需要对大量图像数据进行逐一提取、计算和除燥等,以保证还原试验件真实效果。

  正是凭借如此精细、艰辛的工作,白瑞祥团队圆满完成了所承担的C919科研工作,并在科研攻关中培养了一批优秀学生,一些毕业生如今被中国商飞设计研发中心录用,继续在大型客机研发岗位挥洒青春和汗水。
声明:凡本网注明“来源:XXX”的文/图等稿件,本网转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的,并不意味着本站、中组部海外高层次人才引进工作专项办公室赞同其观点或证实其内容的真实性,文章内容仅供参考。
重点推荐
千人计划
8月24日的国务院常务会议,核心只一个议题:部署促进消费品标准和质量提升,增加“中国...   详细>>
独家策划
千人计划
千人计划网在中组部海外高层次人才引进工作专项办公室的指导下已运作四年,在这四年中...  详细>>