1 引言

在未来的20年内，全球航空市场需求超过35000架新飞机。减轻飞机材料重量、提高可靠性和耐久性、降低制造和维护成本，是航空从业人员不断追求的目标。复合材料，质轻而坚硬，因其优越的可设计性、抗疲劳、抗腐蚀性能而被逐渐应用于国内外先进民用飞机上。波音787飞机复合材料用量已超过50%，空客从A310的5%复材用量比例到A380的25%，最新研制的A350XWB已超越波音787的用量，达到了53%。

这一年的跑火船，杨家出了三艘，都是大木筏，据说是杨家找工匠来帮忙扎的木筏，结实又美观，厚厚的稻草堆了很高。村民们纷纷赞赏，但奇怪的是，杨家只来了两个人看跑火船。

直至1976年，法庭才决定正式开庭，经重重筛选，留下了5位都自称为赵碧琰的女子。她们分别来自马来西亚、新加坡、香港、泰国和北京。

机翼固定前缘是机翼的重要部件，是指布置于机翼前梁前侧、前缘缝翼后侧、外翼根肋至端肋之间的固定结构，由蒙皮与支撑肋组成，典型截面为“D”形，如图1所示，使用先进复合材料，不仅可以降低固定前缘的重量，同时可降低制造维护成本。

9月28日，广东省水文应急监测机动大队暨佛山市水文局揭牌仪式在广东佛山举行。水利部党组成员、副部长刘宁出席仪式并为广东省水文应急监测机动大队揭牌。

  

图1 固定前缘示意图

2 设计驱动

固定前缘加强肋和普通肋的材料不仅应有足够的剪切强度，还应具有较高的拉伸和压缩强度及足够的刚度特性，一般选用铝合金整体机加成型。

3 材料选择

3.1 选材原则

L——加载边的宽度；

3.2 结构选材

内段固定前缘布置有发动机引气系统与应急着陆灯，与外段固定前缘靠近的缝翼布置有防冰系统(或电加热防冰)，因此必须考虑该系统温度对复合材料性能的影响，且固定前缘结构存在众多开口且位于翼型前端，雨流冲蚀问题突出，因此固定前缘上蒙皮、辅助梁、子肋应选用耐热、防火、抗湿热性能好的材料，如热固性复合材料蜂窝夹芯结构、热塑性复合材料织物加筋层压板或金属加筋板，并重点考虑结构防护问题，以及排水、排液、泄漏燃油流道与排除通路问题。

固定前缘上蒙皮易受鸟撞冲击，应选择韧性高、抗冲击性能好的材料，基本选择抗冲击性能好的高温成型热固性玻璃纤维织物，具体结构形式应根据强度、刚度、鸟撞、维护要求、系统环境等综合优化确定，厚度不应低于1.8mm[1]。前缘子肋选择热塑性复合材料，以验证热塑性复合材料的工艺性。

固定前缘因内部系统众多，下口盖多设计为可互换的可拆卸口盖，选择耐高温的热固性碳纤或玻纤织物蜂窝夹心结构，并采用快卸紧固件或便于拆卸的托板螺母连接在附近的隔板或翼盒壁板外伸段上。

200 g/L草铵膦水剂，购自印度联合磷化物有限公司；45%丙炔氟草胺悬浮剂，购自浙江中山化工集团股份有限公司；66%氟草·草铵膦可湿性粉剂(6%丙炔氟草胺、60%草铵膦)，购自山东滨农科技有限公司。

机翼固定前缘结构设计驱动和设计考虑因素为：前缘选材的损伤容限许用值、维持前缘外形，承受最严重工况的气动力的同时满足机翼协调变形要求所确定的强度以及刚度约束、抗鸟撞设计确定的结构强度/刚度要求、闪电防护要求确定的结构尺寸约束以及结构选材约束、结构防除冰所确定的结构尺寸约束与结构选材约束、连接区的钉孔挤压及紧固件强度、压力加油口盖的易维修性设计。

4 复材成型工艺

复合材料结构件成型的工艺方法如下图2所示：

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在静力强度、疲劳、结构稳定性、鸟撞强度、制造、工艺等诸多问题中，对固定前缘结构要求最高的是鸟撞问题，鸟撞动强度问题一般都会覆盖掉静强度、疲劳、稳定性等问题。因此，固定前缘上蒙皮结构选材时不仅要考虑防冰系统布置的要求以及温度对复合材料性能的影响，也要考虑抗鸟撞设计要求，同时需保证重量要求。根据竞争机型的经验，上蒙皮选择为蜂窝夹芯结构。

  

图2 树脂基复合材料结构成型工艺方法分类图

5 结构设计

5.1 上蒙皮

目前采用技术比较成熟的预浸料热压罐或软模、压力袋等成型工艺方法。热固性树脂基复合材料一般采用模具热压固化成型或热压罐成型。热塑性树脂基复合材料的典型成型工艺有注塑成型、热压成型[2]、热压罐成形、自动铺放成型[2]、纤维缠绕成型[3]等。

蒙皮面板纤维选择时，应按比强度、比刚度、拉伸断裂应变和性能价格比四项指标，并结合结构要求综合考虑后选定，一般选择耐冲击性能较好的玻璃纤维结构。

夹层结构所用蜂窝芯材选用力学性能较好(强度、刚度)、与复材面板胶接性好、较低的价格和密度以及较好的工艺性的芳纶纸蜂窝芯材。

T≤Tg-30℃

复合材料不具备导电性，在雷击时比一般金属结构损伤要严重得多。因此，蒙皮在铺层时需要加闪电防护层(铜网或铝网)。此外，铺层中需要异电位防护玻璃布以防止异电位腐蚀。

蒙皮面板复合材料基体的选择需要满足结构的使用温度要求。一般通过基体的玻璃化转变温度Tg来确定树脂工作温度，树脂工作温度T和树脂玻璃化转变温度Tg存在如下关系:

5.2 下蒙皮口盖

则口盖的稳定性裕度(MS)：

固定前缘下口盖一般需要考虑机翼弯曲时的稳定性。将口盖作为板考虑，其受压失稳临界应力(σlj)计算公式为：

结果表明，涂有2层的TiO2薄膜光催化性能最好，甲基紫的降解率达到40%以上；而随着涂膜层数的增加，TiO2薄膜光催化性能逐渐降低.这是由于虽然紫外光照射有一定的深度，但光催化反应中真正起催化作用的薄膜也有一定的深度，2层薄膜基本达到了光催化剂的有效深度.多次涂膜虽然能增加载体上光催化剂的负载量，但膜表面活性位反而减少，晶粒长大，催化活性降低.

 

前缘下蒙皮根据维修性考虑一般设计为可拆卸的口盖，采用力学性能较好的碳纤维加蜂窝夹层的结构形式。

 

式中：E——材料的弹性模量；

复合材料选择依据和主要目的是在满足结构使用环境(材料使用温度应高于结构最高工作温度)、力学性能(强度、抗冲击性、开孔与充填孔的拉伸与压缩强度以及连接挤压强度)、重量指标、成本、工艺性、耐久性及环境保护等要求的基础上，考虑固定前缘的典型承载特性、材料的易获得性和结构的特殊性能要求，选择材料性能已得到充分表征、有使用经验和有可靠且稳定供应渠道的材料，若选用未在结构中使用过的新材料，除对性能表征和供应商的要求外，应通过足够的试样、元件(包括典型结构件)以及带结构特征的组合件试验验证后才能选用。

δ——板的厚度；

μ——材料的泊松比；

何牦扫完街半小时后，两家早餐店里快坐满了，摆在店外的炉子上，通红的火焰像飘杨的红旗。把蒸包子、馒头的锅放上去后，就看不到旗帜般的火焰，只看到腾腾的热气。

K——压缩临界系数；

σ——口盖的平均工作应力。

5.3 辅助梁

机翼固定前缘辅助梁主要功用有三个：(1)用于对该部段结构进行加强；(2)提供口盖蒙皮的口框；(3)增加该处的抗鸟撞能力。辅助梁剖面形状的选择对固定前缘的结构效率、重量、工艺稳定性、制造成本、维修维护、许用值等影响至关重要。

目前辅助梁可选截面形状有“C”型和“J”型，二者分析对比见表1。可以看出，在制造难度、工装、检测、质量控制等方面，C型截面有显著优势，所以在技术积累有限的条件下易采用C型截面，虽然在稳定性结构中，其结构效率低于J型长桁，但可以达到“重量”换取“质量”甚至“周期”的收益。

 

表1 辅助梁截面形式对比

  

指标C型J型稳定性效率制造难度工装难度检测难度R区质量维修难度质量保证超差风险损伤容限装配空间自动化制造

6 结束语

本文考虑了复合材料机翼固定前缘结构的各种设计因素，论证了复合材料机翼固定前缘的结构选材，阐述了复合材料选用的可能性，研究其成熟与新颖的成型工艺、并在结构设计研究方面给出了相关的设计思路，为新一代民机设计提供了指导。

参考文献

[1] SCOTT KRAJCA. Carbon fibers enabling next generation commercial air travel[A].Lecture given at“The Global Outlook for Carbon Fiber 2002”[C].Raleigh,NC:USA,2002.21-23.

[2] DALE BROSIUS. Extra Large by any measure[J]. High-Performance Composites,2002,10(5):14.

[3] 杨乃宾，章怡宁.复合材料飞机结构设计手册[M].北京：航空工业出版社，2002.

[4] 牛春匀.实用飞机复合材料结构设计与制造[M] .北京：航空工业出版社，2007.

[5] 唐邦铭.热塑性预浸带缠绕工艺参数及加热方式对成形质量及内应力的影响[J].复合材料学报，1999,16(2)：21-28.