为适应现代和未来飞机向高速化、机动化、隐形化方向发展的趋势,对飞机用结构材料的性能提出了更高的要求,金属蜂窝壁板结构作为一种新型轻质耐高温结构受到越来越多的关注。
金属蜂窝壁板结构综合性能十分突出,主要特点如下:
比强度、比刚度高。对蜂窝壁板结构来说,实际上相当于大量的工字梁结构的集合,蜂窝芯相当于工字梁的腹板,蜂窝面板相当于工字梁的翼板,因此蜂窝壁板结构具有很高的抗压能力。由于蜂窝芯的高度比面板高出很多倍,面板有蜂窝芯的支持,蜂窝壁板的刚度随之成三次方增大,因此蜂窝剪切强度大,稳定性好。
抗冲击性能好。当金属蜂窝壁板结构受到高速冲击时,在撞击瞬间产生了纵向和横向冲击波,纵向冲击波沿蜂窝芯体的轴线方向传递,而沿蜂窝芯体轴线,蜂窝芯体具有非常好抗压和减振性能,可以有效地缓解沿纵向的冲击变形,防止整个结构被击穿。横向冲击波促使蜂窝芯体发生变形,而蜂窝芯体为空心结构,不连续,会不断吸收、衰减冲击能量,从而使整个结构的横向发生变形的速度远小于材料中纵向的传递速度,有效减少冲击损伤面积的扩展。
隔热性能好。当热流施加到金属蜂窝壁板表面时,蒙皮表面将大部分热量辐射回大气环境,其余热量以热传导方式进入蜂窝壁板结构,由于蜂窝芯与面板连接成整体后,在蜂窝壁板内形成了无数个接近真空的密闭六角柱形空间,使热量无法以对流的形式进行,只能以芯格壁的热传导和芯格壁内的辐射方式进行,由于芯格壁非常薄,仅占实体材料的1%~3%,因此在接近真空的密闭六角形空间的隔热性能优于任何金属材料。
消音降噪性能好。消音蜂窝结构一般由穿孔板、纤维丝织物、蜂窝芯及实体板整体连接而成,当声波通过穿孔板和多孔纤维丝织物进入蜂窝芯体结构,并在底部面板和蜂窝芯格间产生反射,多孔纤维毡对反射声波产生阻尼作用,继续产生的入射波与反射波相互抵消,另外声波与面板、纤维丝织物、蜂窝芯格壁产生摩擦将声能转化成热能降低噪音,从而使周围环境噪音降低到正常水平。
针对金属蜂窝壁板结构钎焊制造技术,攻克了金属蜂窝壁板结构研制过程中的几大难题:
金属蜂窝芯体型面精密加工技术。由于金属蜂窝芯体结构壁薄、刚性差,采用传统的机械切削加工方法来加工,被切削的蜂窝孔易产生倒伏变形而损坏芯格,无法保证蜂窝芯体外形加工精度和表面质量,从而影响后续零件的整体钎焊。
高强、高韧非晶钛基钎焊料的研制开发。钛元素的化学活度较大,在钎焊过程中钛原子极易扩散,尽管有利于钎焊界面的形成,但界面极易形成钛元素相关金属间化合物,成为钎焊接头脆化的隐患所在。
经过近十年的基础研究和技术攻关工作,形成了金属蜂窝壁板结构制造相关技术标准和体系,建立了金属蜂窝壁板结构生产线,制造的金属蜂窝壁板结构产品已在我国大飞机等多个型号上得到了应用。未来,随着金属蜂窝壁板结构制造技术成熟度的不断提升和武器装备设计水平的提高,该技术可在航空、航天、导弹、船舶、列车等领域得到更广泛的应用,发挥它具备的独特性能。
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