龍卷風(fēng)公司報道其成功驗證了艙門設(shè)計的制造,使用的是自有專利的幾何鎖定的復(fù)合材料附件,實現(xiàn)了完全沒有緊固件的結(jié)構(gòu),對比現(xiàn)在使用的鋁和“黑鋁”復(fù)合材料艙門,減重和成本達到30%。
龍卷風(fēng)開發(fā)了專利的附件,替代接頭中使用的金屬緊固件,以滿足規(guī)章要求。問題在于災(zāi)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(guān)鍵或主結(jié)構(gòu)件。所有使用膠接接頭的主結(jié)構(gòu)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(shù)復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)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(guī)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(jié)構(gòu)。
龍卷風(fēng)在2016年的JEC世界展上展出了這個集成的全復(fù)合材料艙門。公司已經(jīng)驗證了艙門的高效制造,它將繼續(xù)進行循環(huán)加壓試驗,以仿真服役壽命,并且使其開發(fā)的無損檢測手段成熟化。
同時,龍卷風(fēng)將這項技術(shù)擴展到了集成的飛機復(fù)合材料控制面上。作為一個驗證件,公司重新設(shè)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(cè)的250m,最大高47mm。
基線復(fù)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(jié)構(gòu)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(jīng)設(shè)計優(yōu)化以抵抗扭矩,這是最主要的載荷。固化前的復(fù)合材料附件由非熱壓罐(OOA)的碳纖維/環(huán)氧樹脂制成,放置在干預(yù)形件層之間以實現(xiàn)幾何鎖定,提供冗余和抵抗平拉載荷。這個損傷容限設(shè)計旨在提升副翼的耐久性和可靠性。一個關(guān)鍵方面是最少的零件,最少的接口數(shù)量以及孔數(shù),復(fù)合材料要盡可能地連續(xù)。
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(chǎn)高質(zhì)量的集成結(jié)構(gòu),可近凈成形去模,對比經(jīng)典的預(yù)浸料處理來說,具有高可重復(fù)性和降低的成本。
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(chǎn)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(fù)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%。