飞机金属蜂窝结构损伤形式与修理方案毕业论文_精品文档.doc
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长沙航空职业技术学院
20XX届毕业设计(论文)
飞机金属蜂窝结构损伤形式与修理方案
DamageFormsandRepairingMethodsofAircraft'sMetalHoneycombStructure
院(系)、部:
航空装备工程系
学生姓名:
指导教师:
专业:
飞机维修工程
班级:
完成时间:
20XX年4月29日
20XX年4月29日
长沙航空职业技术学院
16
目录
摘要 1
第1章前言 1
第2章蜂窝结构的力学性能与结构特点 2
2.1蜂窝结构的力学性能 2
2.2金属蜂窝的结构参数与结构特点 3
2.2.1结构参数 3
2.2.2结构特点 3
第3章蜂窝结构在航空航天领域的应用情况 5
3.1蜂窝结构在飞机中的具体应用情况 5
3.2蜂窝结构在航天领域的应用 5
第4章蜂窝结构的损伤形态以及损伤原因 6
4.1表面损伤 6
4.2脱粘损伤 6
4.3单侧面板损伤 6
4.4穿透损伤 6
4.5内部积水 7
第5章修理方法与修理程序以及应注意的事项 8
5.1检验方法 8
5.1.1目视检查 8
5.1.2手锤敲击法 8
5.2胶接蜂窝结构修补的一般要求 8
5.3修理方法 9
5.3.1填补法 9
5.3.2灌补法 9
5.3.3镶补法 10
5.3.4贴补法或挖补法 10
5.3.5蜂窝内积水的排除 13
第6章修理所使用仪器、设备与检测技术 14
6.1声阻仪 14
6.2X射线探伤机 14
6.3红外热波无损检测 14
6.4激光全息无损检测 14
6.5激光错位散斑技术 15
6.5.1错位散斑无损检测系统 15
6.5.2激光错位散斑技术的优点 15
参考文献 16
学生姓名
XX
学号
XX
系别
航空系
班级
指导教师
设计(论文)题目:
飞机金属蜂窝结构损伤形式与修理方案
1、总体设计提纲:
1.金属蜂窝结构的力学性能与结构特点及其在航空领域的应用。
2.飞机蜂窝结构的损伤形式及其对应的损伤类型,检验修理方法,每种损伤形式的修理程序及需要注意的事项。
3.激光错位散斑技术和其他技术的介绍,修理中所使用的仪器工具与设备及其使用方法与需要注意的问题。
2、阶段设计任务:
1.2008年12月初至中旬进行初步的提纲设计。
2.12月底至一月完成资料的收集与相关图片的整理。
3.今年年初到四月初稿设计完毕,交指导老师审核。
4.四月中旬到五月按指导老师要求进行初改,并按照老师要求修改论文格式并补充部分图片。
5.五月初到中旬依照修改意见进行第二次修改。
6.五月底论文通过初审。
3、技术和量化要求:
1.必须按照统一格式进行论文的撰写。
2.论文中所作技术图必须严格按照国家规定的统一标准,不可随意进行修改。
3.字数不得少于5000字。
4、参考文献和资料目录:
(可以附页)
附后
20XX届毕业生毕业设计(论文)任务书
飞机金属蜂窝结构损伤形式与修理方案
摘要
金属蜂窝结构已广泛应用于航空领域,各种突发事件和环境等因素,都会不可避免地给它带来各种损伤,对于金属蜂窝结构的修理就显得极为重要。
本文具体分析了金属蜂窝结构的力学性能和结构特点,并根据其损伤形式和程度制订了相应的修理方案。
另外,还介绍了相关的检测技术和检测仪器及设备,为修理提供了技术支持。
本文的修理方案可为基本的飞机金属蜂窝结构损伤的修理服务。
第1章前言
大自然给与人类灵感,使我们蜜蜂所蜂巢中得到启迪,创造性地发展了蜂窝复合材料,它是人类至今为止所知的最节省材料、具有最大的强度重量比的一种结构性材料。
与实心材料相比,蜂窝复合材料使用的有效材料仅为被替代材料的1-5%,它显然是一种用料省、耗能小的极具潜力的轻质材料。
在诸多的应用中,蜂窝复合板材几乎可以完全替代各类实心板材的使用,降低原材料的使用量,达到高效、节能的目的。
金属蜂窝是金属骨架和蜂窝孔(形状与蜜蜂的巢穴极其相似)相间的一种新型功能复合材料。
因其内部结构含有许多蜂窝状直通孔而得名。
这种材料具有独特的性能:
抗冲击能力、耐热防腐、导电、导热、隔热、隔音、蓄能、吸能减震、电磁屏蔽等。
另外,蜂窝结构具有良好的比强度和良好的比刚度且重量轻,因而蜂窝结构广泛应用于航空结构中。
随着蜂窝结构在航空领域尤其是军用航空领域应用的不断增加,各种突发事件和环境等因素,都会不可避免地给它带来各种损伤。
对于飞机金属蜂窝结构的修理,因为有些结构性的部分无法采用更换式修理,所以我们应根据其损伤形式和损伤部位,对其进行修复式的修理。
第2章蜂窝结构的力学性能与结构特点
众所周知,蜂窝是由一个挨一个、排列得整整齐齐的六角小蜂房组成的。
受自然蜂巢的启迪,人类创造性地发明了蜂窝结构复合板材。
那么蜂窝结构的力学性能与结构特点究竟是怎样而让它能应用于航空航天领域。
2.1蜂窝结构的力学性能
以几何尺寸为400mm×400mm×30mm,面板厚度3mm,胶膜厚度0.35mm的蜂窝夹芯板为例。
材料力学性能见表2-1。
表2-1蜂窝夹芯板材料力学性能(单位:
MPa)
面板
铺层形式
E1
E2
E3
泊松比
[±45/0/90]4s
135000
8800
4500
0.33
蜂窝芯
压缩模量
横向剪切模量
纵向剪切模量
600
54
42
胶膜
剪切模量
泊松比
2000
0.3
德国Alusuisse-Aingen公司开发出一种蜂窝单元为六边形的铝蜂窝复合板(如表2-2所示),具有重量轻、刚性高、易回收、易开槽、冷弯弧、折边和压缩成型等优点。
可广泛应用于航天器室内幕墙、隔板、装饰板等。
表2-2铝蜂窝复合板(ALUCORE)的部分性能
测试项目
F06/106
F10/110
115
120
125
厚度(mm)
6
10
15
20
25
面密度(kgm-2)
4.9
5.3
7.0
7.4
7.8
刚度(kNm2m-1)
0.71
2.19
7.55
13.90
22.17
截面模量(cm3m-1)
2.5
4.5
14.0
19.0
24.0
金属蜂窝芯夹层结构的不足在于制造、使用过程中容易产生脱胶、剥离等缺陷,造成大量的能源、材料、人力物力的浪费。
金属蜂窝复合板的不足在于抗弯能力与承载力欠佳.有人便采用加强边框、用厚格型钢或镀锌铁板代替铝板制成一种新型金属蜂窝复合板,具有弹性恢复好(其破坏为延性破坏)、抗弯能力强、承载力高等优点.但造型单一、工艺复杂。
由于工艺方法及制造成本的原因,目前结构上常用的是金属或非金属材料制成的六角蜂窝芯材。
于是有人便将平面板材通过按一定有规律的线系进行皱褶,从而形成各种不同构造形式,不同几何尺寸的高度、变高度或曲面构型等复杂形状的芯材,可满足航空航天各种不同结构和功能的要求。
2.2金属蜂窝的结构参数与结构特点
2.2.1结构参数
金属蜂窝的主要结构参数有:
孔径、孔型(正六边形、正四边形、正三角形等,如图2-1所示)、孔隙率、开口度(表2-3)、密度等。
根据应用目的的不同。
对金属蜂窝物理性能要求不同,与其密切相关的结构参数也不同。
如蓄能性能主要与孔径、孔隙率及孔型有关;渗透性能主要与孔隙率、孔表面光洁度、孔径大小有关。
图2-1金属蜂窝各孔型几何外观
2.2.2结构特点
1)均匀孔径:
孔径非常均匀,几何形状规则;金属蜂窝的孔径根据用途和成形方法的不同,可大可小。
2)高开口度:
金属蜂窝的开口度随制作方法的不同而变化。
一般而言,在60%~98%的范围内变化。
3)小密度:
金属蜂窝是一种多孔的不连续材料。
实体部分截面积很小,所以金属蜂窝的密度很低,一般为同体积金属的3/5~1/50不等。
密度小的金属蜂窝结构完全可以浮在水面上。
4)高比表面积:
金属蜂窝的比表面积很大,达1000~4000m2/m3。
5)小壁厚:
金属蜂窝壁厚很小,一般在0.2mm以下。
蜂窝单元间距为1~3mm。
表2-3蜂窝几何形状与内边长D和壁厚t的函数关系
孔穴几何形状
n
e
方形
1/(D+t)2
D2/(D+t)2
等边三角形
2.3/(D+t)2
(D-0.73t)2/(D+t)2
棱形
1.15/(D+t)2
(D-0.15t)2/(D+t)2
六角形
0.38/(D+t)2
(D+0.42t)2/(D+t)2
注:
n是单位面积上的孔穴数目,e是开口度,例如三角形金属蜂窝,设D=1mm,t=0.05mm,则每平方厘米上的孔个数为209,开口度为84%。
第3章蜂窝结构在航空航天领域的应用情况
金属蜂窝结构最早是应用于飞机工业,由于其具有优良的轻质结构、高温强度、耐热、耐腐蚀、吸能减震等性能,再加上它易焊接、表面处理、变形等加工,便迅速技术性渗透到其他工业。
目前,金属蜂窝已经广泛应用于飞机整流罩、阻流板、副翼、方向舵、侧壁、车门等承受载荷不大,但是刚性要求高、重量轻的次要结构部件。
更可望在电子设备减震垫、宇宙飞船起落架、减震元件和精密仪器的保护、机内装饰等方面有更广泛、更优势的应用。
3.1蜂窝结构在飞机中的具体应用情况
在军用航空领域金属蜂窝结构应用极为广泛,战斗机、轰炸机等都已成熟应用此结构。
F-14战斗机的进气道结构大部分用铝合金蜂窝结构,长约4.27米。
后短舱采用胶接钛合金蜂窝结构,长约4.88米。
B-2轰炸机机身机翼大量采用石墨/碳纤维复合材料、蜂窝状结构。
大西洋反潜机上机身增压舱中心段、武器舱门和前轮舱门为胶接蜂窝夹层结构。
机头两侧有空调系统进气口。
悬臂式全金属尾翼结构,在抗扭盒上为胶接蜂窝夹层蒙皮壁板。
在民用航空方面,金属蜂窝结构同样已成熟应用。
例如波音737的三缝后缘襟翼就是应用铝合金蜂窝结构。
3.2蜂窝结构在航天领域的应用
一直以来,火箭、航天器的机体、机翼、舱壁、舱门、舷梯、仪器板、地板、隔层板、绝热板、厨柜、整流罩等大多是由蜂窝复合材料做成的。
如1996年我国的长征运载火箭发射升空时,用蜂窝板罩在与火箭分离,经与大气高速摩擦后落入广东境内,人们发现蜂窝板的结构几乎完整保留,由此可见蜂窝板的结构强主之高是令人难以想象。
目前,这块蜂窝板被陈列在广州的航天奇观内供游人参观。
如果没有蜂窝复合材料,飞机、火箭可能需要更大的发动机、运载更少的货物、需要更长的时间才能到达目的地,也许到现在人类还未登上月球。
第4章蜂窝结构的损伤形态以及损伤原因
飞机上的蜂窝结构是由耐腐蚀夹心、蒙皮、垫板、隔板(假梁)、边肋等零件胶合而成。
蒙皮与夹芯之间用胶膜胶接,蜂窝夹芯用芯子胶和耐腐蚀胶胶接而成。
蒙皮、垫板及肋等零件材料为铝合金,蜂窝夹芯的铝箔材料为铝合金。
这些材料胶接前均经过磷酸阳极化处理。
夹芯与肋及隔板的连接面用泡沫胶带填充。
铆接前段与蜂窝后段的腹板对合处用胶胶接。
为了防止进水,所有对缝处和两端翼肋上的工艺孔洞均用密封胶密封。
在使用过程中,蜂窝结构会发生不同程度的损伤,根据损伤内容及使用中可能出现的情况,胶接蜂窝结构件的损伤大致可分以下5类。
4.1表面损伤
这类损伤包括表面擦伤、划伤、局部轻微腐蚀、表面蒙皮裂纹、表面小压坑和局部轻微压陷等。
空气动力、工具坠落、冰雹、
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