埃爾比特系統公司旗下龍卷風公司采用一次性樹脂轉移模塑（RTM）工藝，開發了一款沒有使用金屬緊固件的全復合材料飛機艙門。
龍卷風公司報道其成功驗證了艙門設計的制造，使用的是自有專利的幾何鎖定的復合材料附件，實現了完全沒有緊固件的結構，對比現在使用的鋁和“黑鋁”復合材料艙門，減重和成本達到30%。
圖 RTM制作的全復合材料艙門
龍卷風開發了專利的附件，替代接頭中使用的金屬緊固件，以滿足規章要求。問題在于災難性的艙門失效將危及飛行安全，因此它們是飛機中的飛行關鍵或主結構件。所有使用膠接接頭的主結構必須在載荷路徑中提供冗余，以防止連接失效。因此，當今絕大多數復合材料主結構不是僅使用機械緊固件，就是在接頭之外使用它們以滿足規章要求。不過，它們需要大量的制造后加工和裝配，而且增加了重量，因為層板必須“被增強”以容納緊固件孔同時不會弱化結構。
龍卷風在2016年的JEC世界展上展出了這個集成的全復合材料艙門。公司已經驗證了艙門的高效制造，它將繼續進行循環加壓試驗，以仿真服役壽命，并且使其開發的無損檢測手段成熟化。
圖幾何鎖定的復合材料附件
同時，龍卷風將這項技術擴展到了集成的飛機復合材料控制面上。作為一個驗證件，公司重新設計和制造了一個蒼鷺TP級無人機外副翼的1200mm根段。該段的弦長從根部的280mm到外側的250m，最大高47mm。
基線復合材料副翼由一個夾心的上蒙皮和下蒙皮、一根整體主梁、六根前肋和三根后肋組成，全部熱壓罐固化，此外還有一套三個鋁制附件及其支撐。
新結構帶有一個單一集成蒙皮，由三根梁陣列加筋增強以去除肋，經設計優化以抵抗扭矩，這是最主要的載荷。固化前的復合材料附件由非熱壓罐（OOA）的碳纖維/環氧樹脂制成，放置在干預形件層之間以實現幾何鎖定，提供冗余和抵抗平拉載荷。這個損傷容限設計旨在提升副翼的耐久性和可靠性。一個關鍵方面是最少的零件，最少的接口數量以及孔數，復合材料要盡可能地連續。
公司使用了最少量的標準材料，去除了夾心，減少了成本。選擇了先進RTM工藝在高壓下注射樹脂，以生產高質量的集成結構，可近凈成形去模，對比經典的預浸料處理來說，具有高可重復性和降低的成本。
圖 無緊固件的復合材料副翼
可行性試驗包括標準的工程和FEA載荷分析、物理拉伸、彎曲和扭矩載荷、附件拉出試驗、適合的且已驗證的NDI和生產成本分析，顯示出該方法的成功。公司共制造和試驗了20個帶復合材料附件的副翼根段零件，成功演示了：
——纖維樹脂含量比50%；
——尺寸偏差±0.3 mm；
——重量1600g，偏差1.5%；
——在顯微照片中沒有孔隙或分層；
——準備時間減少50%；
——成本降低35%。
劉亞威（轉載請注明作者！）
魯ICP備2021047099號