日本尝试以胶水替代紧固件连接战斗机复合材料承力结构

来源:国防科技信息网

发布时间:2018年12月3日上午 11:12:59

据美国《航空周刊与空间技术》网站报道,日本工程师正致力于用胶水替代紧固件、像蒙皮那样使用复合材料作为战斗机的承力结构。
一个全尺寸中机身段正作为日本未来战斗机项目技术采办工作一部分的接受强度测试。该试验件由模块制成,这些模块中复合材料蒙皮用胶水粘合在通过黏合剂相互连接的复合材料框和梁上。

一位与三菱重工(MHI)一道负责此项工作的日本防卫省装备厅(ATLA)官员称,评估工作尚未完成但到目前为止尚未有重大问题发生。测试工作将在2019年3月31日完成。该名官员称,由于技术存在难度,可能需要更多时间。

根据日本工程师的分析,限制复合材料承力结构广泛应用的一个关键因素在于这种材料很容易因钻孔导致高报废率。但如果使用胶水代替铆钉,这一问题几乎就不存在了,钻孔的需要非常少。

这一中机身试验样件是根据ATLA为未来战斗机准备的一种概念设计而制造的,未来战斗机是一种将在本世纪30年代进入服役的大型作战飞机。日本政府正考虑包括联合进行国际研发在内的替代自主设计的备选方案,但同其他国家一道研发飞机仍可使用日本按预期独立开发积累的技术知识。

MHI于2017财年制造了这个中机身。该样段8.6米(28.2英尺)宽、5.2米长。此前已经试造了一个更小的胶接的复合材料结构用于进行评估。感谢黏结技术,现在的中机身段要比原本预期使用以往技术制造的机身段更简单,具有更少的结构部件数量。

该名官员在ATLA的技术研讨会上表示,试验样段已经接受了限制载荷的考验,这是飞行中可能出现的最大值,但还不是极限载荷,该值要比限制载荷大50%。

工程师们正在寻找黏合剂和临近材料连接处的材料的破坏迹象。到目前为止他们还没有发现。如ATLA此前描述,样段的部件分别在热压罐中制造完成然后在压力下黏结在一起完成装配。

除为更广泛地使用复合材料创造了机会,黏结技术带来的最大直接收益是减重。与紧固件相比,胶水的重量更轻,并且各部件不需要在孔洞周边进行加强。

ATLA估计正在进行试验的结构件要比使用紧固件技术制造的同样结构轻10%,在使用轻重量材料上向前迈进了一步。该部门不会透露使用复合材料具体减轻了多少重量。

该中机身在机腹仍要使用金属材料,以吸收来自起落架的复杂载荷,这是复合材料无法完成的任务。同样位于中机身下部的武器舱也需要由金属材料制造。

对这项日本技术,疲劳测试也是需要的,但到目前为止还没有提供资金给予资助。此类工作应该在更小规模的样件上完成,从而控制所需冷却设施的尺寸和费用。

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