复合材料在飞机起落架舱门的应用研究

张恒康+++晁灿

摘 要：复合材料具有比强度，比刚度高的特点，在航空航天领域有着广泛的应用。起落架舱门则是飞机中最早及最多使用复合材料的部件之一。对比金属材料起落架舱门，复合材料起落架舱门重量轻，刚度好，零件数量少，同时也存在着工艺难度大，成品率等问题。文章研究了起落架舱门的材料选用，设计方法及工艺流程。

关键词：复合材料；碳纤维；蜂窝；起落架舱门

1 概述

先进复合材料具有比强度和比模量高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性。先进复合材料在飞机上应用的部位和用量多少，现已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。目前大多数起落架舱門采用复合材料代替金属设计，能够减轻重量，提升舱门刚度。

2 起落架舱门结构特点

起落架舱门由面板与接头组成，舱门面板为结构承力主体，通常为复合材料蜂窝夹层结构。夹层板的面板相当于I型梁的翼板，它们承受梁所受到的弯曲载荷。一侧面板承受压应力时，另一侧面板承受拉应力。相类似，蜂窝芯材相当于I型粱的腹板。芯材承受剪应力，将面板分离以提高结构刚度，并在I型梁的基础上有所提高。芯材为翼板或面板提供持续支撑，得到刚度增强后均匀分布的板材。结构胶粘剂牢固地将夹层结构各组分结合在一起。使其作为一个整体，具有高结构扭矩及高弯曲刚度。使其成为拥有良好扭曲及弯曲刚度的统一体。

3 舱门的复合材料设计

起落架舱门的夹层结构中，面板选材主要有碳纤维和玻璃纤维。高模量碳纤维单向带和预浸料应用则更为广泛。芯材材料则有蜂窝芯和泡沫芯，同时还需要搭配胶黏剂和发泡胶等其他材料有机整合成一个整体，才能提供足够的强度和刚度。

一种典型蜂窝结构起落架舱门的材料选用如表1所示。

设计过程中，根据载荷方向，合理设计铺层方向，尽量减少铺层数量。同时保证铺层的对称性，避免耦合引起翘曲，同时在接头处进行必要铺层的加强。

芯材如果选用芳纶纸蜂窝，则需要注意蜂窝的高度与倾斜角度，确保蜂窝在固化的成型过程中不会发生塌陷和滑移。起落架舱门往往由于接头布置位置，刚度要求以及尺寸大小，不得不采用较高高度的蜂窝以及大角度倾角。此时则需在设计和工艺两端同时采取防塌陷防滑移措施，例如边缘灌封处理，分步固化成型等方法。

在紧固件连接位置需对蜂窝进行加强，防止紧固件的拧紧力矩及局部集中载荷压塌蜂窝。通常的做法是在紧固件区域进行灌封或者增加镶嵌件增加芯材的抗压强度。典型的复合材料舱门如图2所示。

4 复合材料舱门的工艺方法

复合材料舱门的制造工艺流程如下：

（1）材料准备：准备碳纤纤维织物或单向带，蜂窝夹心，胶膜等，其中碳纤维及胶需要在冰库中保存，相比金属材料，复合材料保存条件要求高，材料保存周期短。

（2）蜂窝机加：蜂窝机加成型，通常蜂窝芯需稳定化处理。

（3）工装准备：工装需加温加压和抽真空固化成型零件，因此工装需进行气密性检查以及热分布测试。

（4）铺层：前起舱门通常采用手工铺层方式。铺层边缘需延伸到模具边缘防滑带固定，防止铺层在加压后滑移。

（5）压实：铺层完成后需用真空带压实。

（6）固化：复材制件送进热压罐加温加压固化，固化稳定压力曲线按相应工艺规范执行，整个固化过程需记录温度及压力曲线。复材件固化过程对结构件性能影响重大，多数零件缺陷均在固化过程中产生。

（7）脱模切割。

（8）无损检测。

复合材料与传统的金属零件相比，制造难度高，工艺稳定性差，成品率低。因此制定一套工艺方案需要通过数件试验件的研制，不断改进工艺方法，才能稳定产品质量。

5 结束语

起落架舱门作为刚度结构件适合采用夹层结构的复材设计形式。材料选用则主要为碳纤维预浸料，芳纶纸蜂窝，搭配胶黏剂及灌封胶。设计过程中应充分的考虑产品的工艺性，合理选择蜂窝高度及倾角，对边缘及紧固件连接处进行强化处理。通过试验件试制合理制定工艺方案，增加工艺稳定性和成品率。

参考文献

[1]复合材料设计手册[Z].航空航天工业部科学技术研究院，1990.