1. Sandwichstruktur
Inden for flydesign er det den største udfordring for designere at kræve, at de designede komponenter skal være så lette som muligt uden at miste styrke. Dette kræver, at den tyndvæggede struktur er designet til at være stabil under den kombinerede påvirkning af træk-, tryk- og forskydningsbelastninger. Tidligere blev traditionelle flystrukturdesignmetoder stadig brugt i nogle områder. Lange spær og ribber/rammer bruges til at danne langsgående og laterale forstærkninger for at forbedre brættets stabilitet. Faktisk kan nogle sekundære strukturer også designes med sandwichstrukturer for at opfylde kravene til styrke og stivhed. Sandwichstrukturen anvender normalt honeycomb eller skumkernemateriale.

For bærefladestrukturer med store strukturelle højder kan hudpaneler (især øvre bærefladepaneler) ved hjælp af sandwichstrukturer i stedet for bikagepaneler reducere vægten betydeligt. For bærefladestrukturer med små strukturelle højder (især kontrolflader), fuld højde Sandwichstrukturen i stedet for bjælkeribstrukturen kan også medføre betydelige vægtreduktionseffekter. Den største fordel ved sandwichstruktur er, at den har større bøjningsstivhed og styrke.

Den sammensatte sandwichstruktur af fly bruger normalt avancerede kompositmaterialer som paneler, og sandwichkernen er lavet af letvægtsmaterialer. Bøjningsstivheden af ​​sandwichstrukturen afhænger hovedsageligt af panelets ydeevne og højden mellem de to lag af paneler. Jo større højde, jo større bøjningsstivhed. Sandwich-kernen i sandwichstrukturen bærer hovedsageligt forskydningsspændinger og understøtter panelet uden at miste dets stabilitet. Normalt er forskydningskraften af ​​denne type struktur lille. At vælge lette materialer som sandwichkernen kan reducere vægten af ​​komponenterne betydeligt. Derudover viser erfaringerne med brugen af ​​sandwichstrukturen også, at når sandwichstrukturen vurderes ud fra omkostningsaspektet, skal der ikke kun tages hensyn til fremstillingsomkostningerne, men også flyets levetidsomkostninger.

2. Forstærket båndstruktur
Brugen af ​​afstivninger er også den mest effektive måde at forstærke tyndvæggede kulfiber/epoxypaneler på, såsom sidepanelerne på motorindtaget eller nacellen, skindet på vingerne og halebommen osv. Brugen af ​​ribber kan forbedrer mest effektivt strukturens stivhed og stabilitet.

3. Skumfyldt A-formet ribbestruktur
Amerikanske NASA og europæiske Airbus, baseret på brugen af ​​sandwichstrukturer og afstivede strimler i mange år, foreslog for nylig en skumfyldt afstivnet strimmelstruktur for at optimere det strukturelle design og fremstillingsprocessen i størst muligt omfang, såsom AIRBUS A380 Den sfæriske ramme af den lufttætte kabine mv.

PMI-skum: PMI-skum (polymethacrylimid, polymethacrylimid) kan modstå højtemperaturkrav til hærdning af kompositmaterialer efter passende højtemperaturbehandling, hvilket gør PMI-skum meget udbredt i luftfartsområdet. Medium-density PMI-skum har gode komprimerende krybeegenskaber og kan autoklaveres ved en temperatur på 120oC -180oC og et tryk på 0,3-0,5MPa. PMI-skum kan opfylde kravene til krybeydelse i den sædvanlige prepreg-hærdningsproces og kan realisere co-hærdningen af ​​sandwichstrukturen. Som rumfartsmateriale er PMI-skum et ensartet stift skum med lukkede celler med stort set samme porestørrelse. PMI-skum kan også opfylde FST-kravene. En anden egenskab ved skumsandwichstrukturen sammenlignet med NOMEX® honeycomb-sandwichstrukturen er, at dens fugtbestandighed er meget bedre. Fordi skummet er lukkede celler, er det svært for fugt og fugt at trænge ind i sandwichkernen. Selvom NOMEX® honeycomb sandwich-strukturen også kan co-hærdes, vil det reducere styrken af ​​kompositpanelet. For at undgå, at kernematerialet falder sammen eller sideforskydning under co-hærdningsprocessen, er hærdningstrykket sædvanligvis 0,28-0,35 MPa i stedet for 0,69 MPa af det sædvanlige laminat. Dette vil medføre, at porøsiteten af ​​kompositpanelet bliver højere. Desuden, fordi porediameteren af ​​bikagestrukturen er stor, understøttes huden kun ved bikagevæggen, hvilket vil få fibrene til at bøje og reducere styrken af ​​det sammensatte hudlaminat.

Baseret på sammenligningen mellem honeycomb og skumkernemateriale vælges normalt skummateriale som fyldkernemateriale i den A-formede ribbestruktur. Når den bruges som en kerneform, tjener den som det strukturelle kernemateriale i den A-formede ribbe. , Er også et proces hjælpemateriale.

PMI-skum er med succes blevet brugt som et sandwich-struktur skumkernemateriale i forskellige flystrukturer. En af de mest fremtrædende anvendelser er sidepanelet til motorens luftindtag på bagsiden af ​​Boeing MD 11-flyet. CNC-præcisionsbearbejdningen og termoformningen af ​​skummet reducerer i høj grad omkostningerne ved lægning. Det højtydende PMI-skumkernemateriale har god kompressions- og krybemodstand under hærdningsprocessen, så panelet komprimeres og overfladen er ujævn. Sammenlignet med honeycomb-kernen kan den isotrope porestruktur af PMI-skum også opfylde kravene til dimensionsstabilitet under lateralt tryk under autoklavens hærdning. I modsætning til bikagestrukturen skal den ikke fyldes med skum. Derudover kan skummet jævnt overføre autoklavens tryk til panelets lag under skummet, hvilket gør det kompakt, uden overfladedefekter såsom fordybninger. Den skumfyldte A-type afstivede strimmelstruktur kan påføres komponenter såsom radaraffyringsflader, nacellevægge, flykroppe og lodrette stabilisatorer.

4.Den seneste anvendelse af skumfyld En stivnet strimmelstruktur
Skumfyldte ribber er de seneste anvendelser i den bagerste trykrammestruktur på Airbus A340 og A340-600. Indtil videre er næsten 1.700 ROHACELL® 71 WF-HT termoformet og behandlet af CNC blevet leveret til Airbus Stade-fabrikken nær Hamborg til brug for A340. Under oplægningen og hærdningsprocessen fungerer det dannede skum som en kerneform. Under hærdning har PMI-skum god kompressionskrybemodstand og dimensionsstabilitet, således at under hærdningsbetingelser på 180oC, 0,35MPa og 2 timer anvendes sandwichstrukturens co-hærdning for at reducere omkostningerne. PMI-skum kan sikre, at prepreg'en omkring ribberne er fuldstændig komprimeret, hvilket kan være en god erstatning for det oppustelige airbag-værktøj, hvilket undgår en række problemer, såsom brugen af ​​oppustelige airbags, der kræver flere hærdninger. Indtil videre er mere end 170 bagtryksrammer blevet fremstillet med succes, og der er intet spildprodukt. Dette beviser også pålideligheden og gennemførligheden af ​​PMI-skumforstærkningsstrimmelprocessen.

Baseret på succesen med den nye A340 bageste trykramme ved hjælp af den PMI skumfyldte ribbestruktur, bruger A380 bageste trykramme også denne teknologi. I A380-strukturen er skumribberne 2,5 m lange, og geometrien er relativt mere kompliceret. PMI-skumbearbejdning og termoformning er lettere, hvilket også er nøglen til realiseringen af ​​skumfyldningsribberdesign. På nuværende tidspunkt er 200 stykker forarbejdede skumribber blevet leveret til Airbus Stade-fabrikken til AIRBUS A 380-brug.

5. Strukturanalyse af skumfyldt A afstivnet strimmelstruktur
Det følgende eksempel diskuterer gennemførligheden af ​​PMI-skumkernemateriale for at opnå omkostnings- og vægtoptimering og opfylde dobbelte krav ved anvendelsen af ​​A-formede ribber. Det vil blive diskuteret her, at skumkernematerialet ikke kun kan bruges som en kerneform i processen med lægning og hærdning, men også kan spille en vis strukturel rolle i ribberne. På grund af skummets høje trykstyrke kan det forbedre strukturens stabilitet, reducere prepreg-laget i sandwichstrukturen og opnå formålet med vægtreduktion.

Under påvirkning af bøjning og aksialt tryk gennemgår den tyndvæggede kompositstruktur ofte stabil fejl. Ustabilitetssvigt opstår altid ved trykdelen, før materialet når trykbrudstyrken. En meget moden og effektiv måde er at binde de forstærkende ribber til skalstrukturen for at forbedre skalstrukturens anti-instabilitetsevne. Sidevæggene og de konvekse kanter af den hule A-formede ribbestruktur er tilbøjelige til at blive ustabil, hvilket fører til for tidlig svigt af strukturen.

Sammenlignet med hule A-formede ribber, i PMI-skumfyldte ribber, tjener skumkernematerialet ikke kun som en kerneform under fremstillingsprocessen, men tjener også som et strukturelt materiale for at forbedre ydeevnen mod ustabilitet; Før skal du bevare formen og styrken af ​​strukturen. Den skumfyldte A-forstærkede strimmels trykstyrke i planet sammenlignes med den for den hulforstærkede strimmel. Når strukturen udsættes for initial ustabilitet, øges ustabilitetsbelastningen med omkring 100%. Kernematerialet bærer hovedsageligt træk- og trykspændingerne vinkelret på sidefladen af ​​ribberne for at undgå for tidlig svigt af strukturen, før kulfiber/epoxy-kompositpanelet når sin flydespænding.

6. Konklusion
Brugen af ​​PMI-skumkerne kan bruges som en kerneform til fremstilling af A-formede ribber, hvilket i høj grad kan reducere omkostningerne ved lægning og hærdning af komponenter. Prepreg kan nemt lægges på skumkerneformen. Den isotropiske hulrumsstruktur af PMI-skum og den gode kompressions- og krybemodstand under autoklavens hærdningscyklus gør det muligt at realisere et-trins co-hærdningsprocessen. Vi kan også konkludere, at brugen af ​​PMI-skum fyldt med A-formede forstærkningsribber betydeligt kan forbedre anti-instabilitetsydelsen af ​​tyndvæggede kulfiber/epoxystrukturer. Brugen af ​​afstivninger kan øge flydebrudstyrken med ca. 30% og ustabilitetsbrudstyrken med ca. 100%.