...SAMPE超轻复合材料机翼竞赛获佳绩
黄盼伟 张鼎宸 徐显超 卢翔 张祥宏
【摘 要】在大载重航模验证机研制过程中，发现其结构在动载荷作用下易发生疲劳破坏。本文提出一种大载重验证机设计方案，采用网状复合材料作为主承力结构，以同时满足载重、结构寿命和飞行性能要求首先，综合利用空气动力学、结构强度和飞机设计等知识进行大载重验证机总体设计，确定验证机外形和结构布局，并基于AUTOCAD和CATIA软件给出验证机外形和结构尺寸。然后利用有限元分析软件进行复合材料结构设计，确定合理的铺层方式。
【关键词】大载重；网状复合材料；强度；有限元；结构设计
0 前言
本文的研究重点在于飞机的复合材料结构设计，以下从总体设 计目标、翼型的选用、機翼升阻特性计算以及操纵面设计和材料的选取，加工流程以及工艺几项详 细论述了按照总体设计指标所进行的详细理论计算过程。过复合材料制作工艺，对轻木验证机进行设计更改，大力地采用复合材料制作工艺，发扬复合材料的长处，来解决其寿命短、不耐疲劳的问题。
1 总体设计指标
1.1 机翼设计参数
1.1.1 翼型的选择
翼面是产生升力的主要部件，对飞行性能有很大的影响，所以满足空气动力学方面的要求是首要的，除了保证升力外，还要求阻力特别小。载重验证机机翼所选取的翼型主要是升阻比较大的翼型，则选取CLARK X翼型，
1.1.2 机翼的外形设计
1.2 机翼结构设计
机翼的结构设计则应保证强度，刚度，以及表面光滑度等方面来保证机翼气动外形要求的实现，机翼的主要部件包括蒙皮等，气动载荷将力从蒙皮传递给翼梁和腹板，承受机翼弯矩引起的轴力。所以将整块蒙板用网状结构，所有的气动载荷在很大程度上传递给蒙板，整段机翼将会承受弯矩。对机翼起支撑作用的翼梁和翼肋所受的载荷比例将会大大降低。整块机翼采用碳纤维铺层，真空袋成型工艺。主要是为了能够保证原有的外形条件下，减少翼肋的使用，更多的使用碳纤维复合材料作为主要承力结构。
1.3 模具的设计与加工
1.3.1 模具的材料使用酚醛圧层的胶木板（电木），电木板因具有不吸水，电气性能佳，机械加工性能好，绝缘，不产生静电，耐磨耐高温等优良性能，所以特别适合机械模具的加工和制造。
1.3.2 加工方式主要分为粗加工和精加工
（1）粗加主要是采用铣床用铣刀进行雕刻加工，主要目的是刻好所有的初步刀痕。
（2）精加工的主要流程是在原有的粗铣刀痕的基础上用不同型号的砂纸进行精细打磨
（3）再使用抛光砂进行最后的精磨得到表面极其光滑的模具。
（4）最终得到模具实物
机翼的制作分为上下两半模和成型，所以模具也应分为上下两半。按照左右机翼对称可以得到应该设计加工四块模具。
1.4 材料堆叠层数以及铺层设计
主要是以机翼翼展向为基准参考，45度交替铺层方式为主要铺层方式。
1.5 碳纤维和玻璃布纤维的铺层
1.5.1 碳纤维的铺层主要采用手糊成型工艺，先将脱模剂涂在模具表面，将其挥发干之后，再将碳纤维按照原有的理论分析方式铺在模具的外形表面，刷上已经按照最佳配比方式进行配比的环氧树脂和固化剂的混合物，经大量试验证明环氧树脂和固化剂以3：1的比例混合为最佳混合比例。
1.5.2 固化剂的选取以及其参数
B103环氧树脂固化剂是采用聚醚胺改性而成的新型胺类温室固化剂
2 复合材料机翼设计制作总体结论
此复合材料机翼在以上气动，结构，有限元分析的基础之上，通过手糊成型法加工工艺制造出符合要求的机翼，对比其他验证机的制作经验以及成品效果来看，此网状复合材料结构具有比一般普通机翼耐疲劳，载重大等优势。有效的解决了一般普通飞机容易疲劳，机翼 发生上反折翼断裂等缺陷，大大提高了飞行的基本要求，可以在限有的条件下保证机翼的品质要求和质量。
【参考文献】
[1]马丁西蒙斯[英].马东立.模型飞机空气动力学.北京：航空工业出版社，2007.
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[4]徐建新，卢翔.飞机结构与强度.中国民航出版社，2014.
[5]钱翼稷.空气动力学，北京航空航天大学出版社，2004.
[责任编辑：朱丽娜]
