飞机构造的概念设计创新范文

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损伤抑制部件

损伤抑制部件即指在裂纹扩展过程中对其产生抑制作用的结构部件。通过增设如图2所示的损伤抑制部件，裂纹能量在通过损伤抑制部件时逐步消耗，扩展速度得到抑制，从而使裂纹发生转折、或裂纹转型、或止裂，以实现所需结构的低疲劳裂纹扩展速率和高的剩余强度。铝公司试验证实了上述特点，试验结果表明：以2099铝锂合金材料为例，截面积相同、寿命相同的情况下，有损伤抑制部件的壁板比普通壁板性能提高近30%。损伤抑制部件可以在有需要的地方单独采用，也可和选择性增强结合使用，其效果更佳。若在金属结构上独立应用此结构，能将抗疲劳裂纹扩展能力提高10％~15％；若与选择性增强组合应用，能将抗疲劳裂纹扩展能力进一步提高25％，剩余强度提高15％。见图3。

三明治混杂结构

三明治混杂结构是一种多材料综合应用的结构。与选择性增强相比，其不同材料间的混合程度更高。三明治混杂结构典型截面如图4所示，通过胶接的方式将多层铝合金板和纤维金属层合板连接起来，铝合金的薄板、厚板、挤压型材和高性能纤维是先进的混杂结构的基本构成要素。三明治混杂结构是“可设计”的，可以在长度和宽度方向逐渐减薄或增厚，强度、刚度、密度等属性也都可以通过调整铝合金板的厚度、纤维金属层合板的用量、以及胶粘剂的类型来进行设计。这样，它可以用在需要提高静强度的结构、需要提高抗裂纹扩展能力的结构、需要提高剩余强度的结构、需要抗腐蚀和抗雷击的结构。即对结构有什么样的需求，就可以设计出满足该种需求的三明治混杂结构。

三明治混杂结构可应用于较厚的结构件或者曲率较复杂的结构件。在制造过程中，通过铺层的方式成型，避免了复杂的成型工艺，并减少或消除了机械加工，使制造成本得以降低。同时，可以通过胶接铝合金长桁，最大限度减少零件数量和紧固件数量。

总结与展望

综上所述，金属结构的新概念设计具有以下优点：1）提高结构抗疲劳裂纹生长的能力；2）提高整体剩余强度和结构强度；3）降低零件数量以减轻机身结构重量；4）提高耐腐蚀性能；5）提高制造工艺性；6）降低设计生产成本。

目前国际上各家民用航空公司都在大力发展并推行该类技术应用，金属结构新概念设计的创新应用将成为现代航空技术的必然趋势。但是，国内目前对这类新型的结构设计概念的研究才刚刚起步，若想要真正应用到我国的大型客机项目上，未来还有很长的路要走。

作者：钱敏单位：上海飞机设计研究院结构设计研究部