海军航空兵中流行的俏皮话 2011 年即将到来,即将迎来美国海军航空兵建军 100 周年,喷气发动机和喷气式飞机已变得无处不在。今天,数百万人乘坐喷气式客机安全出行,军用喷气式战斗机几乎成为一种文化标志。然而,在 20 世纪 30 年代末,除了英国和德国的少数有远见的工程师之外,使用活塞发动机以外的任何发动机为飞机提供动力的前景似乎遥不可及。20 世纪 40 年代初,他们的工作带来了喷气式飞机的首次飞行,但由于发动机推力低,这些飞机被现有的活塞发动机战斗机所取代。德国在发动机设计方面的进一步进步导致了 Me-262 燕子战斗机的投入使用,虽然这种战斗机的机动性不如美国的 P-51 野马或其他盟军战斗机,但由于采用了喷气发动机和后掠翼,其最高时速提高了 100 英里/小时,从而具有显著的作战优势。战后,所有盟国的航空工程师都研究德国的技术进步,并努力将其融入新一代战斗机中。1947 年,美国海军推出其第一架作战喷气式飞机麦克唐纳 F1H 幻影,从此进入了过渡阶段,结果这一阶段被延长,机组人员生命和飞机损失的代价也非常高昂。喷气式飞机的速度和高度更高,给飞机设计师和制造商以及操作它们的海军中队带来了一系列新问题。1946 年,没有人知道高性能喷气式战斗机需要这样的附属装置,如全动式尾翼(而不是升降舵);不可逆的
• 1997 年 5 月,美国航空公司运营的另一架 A300B4-605R 飞机(AA 903 航班)发生了一起非致命事故,涉及类似的方向舵踏板输入,因此导致非常高的尾翼负载。这是上面提到的四个事件之一。这起事故促使包括空客在内的三大机身制造商和美国联邦航空局的一名代表联合签署了一封前所未有的信,警告美国航空公司 (1) 在其训练“高级飞机机动计划”(AAMP) 中提倡使用方向舵进行滚转控制的危险和 (2) 使用无法提供真实反馈来训练这些失控恢复机动的模拟器所带来的“负面训练”的固有危险。这些明确的警告以及应使用的正确技术随后在多个出版物和演示文稿中公布和重复,例如空中客车在 AA 903 调查中提交的资料,以及空中客车和其他制造商于 1998 年出版的行业出版物《失速恢复训练辅助》。此外,NTSB 报告正确地确定了此事件的原因:“机组人员在平飞期间未能保持足够的空速,导致意外失速,随后他们未能使用正确的失速恢复技术”(着重强调)。NTSB 公开案卷文件 ID N° 266610 清楚地表明,美国航空公司完全了解这起事故的原因,并且在 AA587 事故发生之前就知道 AAMP 中开发的方向舵使用理论的危险性。AA 587 事故的根本原因完全相同——使用了 AAMP 中教授的不正确的恢复技术——这与行业培训援助提供的指导和普遍接受的飞行技术原则相矛盾。
本研究的首要目标是探讨天然纤维复合材料在航空结构中的应用潜力,尤其是直升机结构。将使用亚麻纤维复合材料作为环氧预浸料的各种实证研究来实现这一目标。进行并评估结构力学分析试验,包括拉伸、弯曲、冲击和碰撞试验。在有限元法框架内进一步开发和应用现有材料模型,研究超轻型直升机的尾翼和机舱门在高度生物基混合设计中的机械性能。元素、子组件和组件级别的迭代验证支持零件的混合和开发。拉伸试验表明,亚麻纤维复合材料的应力-应变行为呈非线性,被描述为双线性。这一发现以失效准则的形式纳入设计中。此外,将织物编织的结构机械性能与连续单向纤维复合材料进行了比较。编织亚麻复合材料的机械性能低于预期,单向增强层压板的应用被认为是更好的选择。对最终制造的部件也进行了实证分析,同时验证了它们的模拟和派生的材料模型。其他研究涉及亚麻纤维复合材料的吸湿性,以及对无损检测方法的适用性。亚麻广为宣传的优越的阻尼性能也可以得到验证。关于使用天然纤维复合材料的动机,通过比较生产和报废时所体现的能量与使用寿命内与质量相关的排放,评估了设计部件的生态效率。可以看出,节省原材料生产可以弥补小幅额外的质量损失,并且仍然可以带来整体有益的生态效率。总之,与传统纤维复合材料相比,分析了亚麻纤维复合材料的几种特性。研究结果和确定的趋势为进一步详细调查研究和为航空及相关行业的应用提出建议提供了基础。
由于金属合金重量轻、机械性能高,复合材料正在航空航天、汽车、船舶和建筑部件等多种先进应用中取代金属合金。因此,开发抗损伤和耐用的复合材料是必要的。当然,纤维基体脱粘、基体微裂纹和冲击损伤是复合材料应用中经常遇到的主要失效模式。此外,复合材料的部署和维护对机翼和尾翼等关键结构部件构成了挑战。因此,先进的材料和方法对于解决这些问题至关重要。使用复合材料的自修复技术似乎很有前景,因为它旨在修复或修复结构中的断裂和损伤起始和/或扩展。自修复复合材料可防止失效并延长关键结构的使用寿命。由于这些材料可以触发几乎自动修复,因此结构的维护可以大大简化,其中一些不需要任何外部干预即可启动修复过程。自修复复合材料能够在损坏开始时自动修复。早期的修复能力发展概念依赖于模仿树木和动物等生物体,这激发了开发自修复材料的研究。过去几十年来,人们一直在研究自修复材料和复合材料,特别是由自修复环氧树脂的发展推动(White 等人,2002 年)。自修复机制可分为两种类型,外在修复和内在修复。外在愈合基于使用愈合剂作为附加添加剂,而内在愈合涉及材料结构中的可逆分子键(超分子化学)。此外,还可以根据愈合方法进行分类,无论是自主愈合还是非自主愈合(即有或没有外部刺激)。开发自修复复合材料的一些众所周知的方法是包含微胶囊、中空纤维或含有愈合剂的血管网络(Blaiszik 等人,2008 年)。自修复也可以通过热激活,使用可逆相互作用或溶解的热塑性聚合物。形状记忆效应也已用于展示自修复特性。
本报告介绍了飞机设计软件 PreSTo(初步尺寸工具)在区域运输飞机重新设计中的应用。所进行的工作步骤包括飞机设计点定义、初步飞机尺寸、飞机部件机身、机翼和尾翼的概念设计以及数据导出,以及使用飞机设计软件套件 CEASIOM(飞机合成和综合优化方法的计算机化环境)的初步工作步骤。飞机重新设计的参考飞机是区域涡轮螺旋桨飞机 ATR 72,其航程为 500 海里(926 公里),最大有效载荷为 8.1 吨。所应用的软件状态为 PreSTo 3.3(2010 年 12 月)和 CEASIOM 版本 v2.0(CEASIOM 100 R90)。该项目过程中获得的结果表明,从最初的初步尺寸确定(PreSTo)到飞机稳定性和控制模拟及后续工作(CEASIOM),精简飞机设计和调查的工具链已经取得了良好且充满希望的开端。但是,在撰写本报告时,仍需要进行大量额外工作,以优化和简化两个程序的工作流程并产生可靠的结果。目前,PreSTo 中尚未处理飞机设计的几个方面(例如发动机定义),因此必须将缺少许多数据的初始飞机设计导出到 CEASIOM(AcBuiler)。因此,需要大量用户交互才能细化模型。但是,关于 CEASIOM 的应用,还需要进行大量工作来帮助用户正确应用软件。目前,必须对 CEASIOM 和软件结构有详细的了解才能正确操作程序。用户界面以及可用教程中提供的用户信息非常有限,部分信息错误或过时。从本报告作者的角度来看,PreSTo 和 CEASIOM(至少是 AcBuilder)的开发团队最好与相应的软件工具交换知识和经验,例如以用户/开发人员研讨会的形式。
纤维金属层压板 (FML) 是一大类组合粘合结构,由粘合有纤维增强聚合物层的薄金属板组成 [1]。FML 的混合概念因其出色的抗疲劳性以及抗冲击、耐腐蚀等其他优异的机械特性而闻名。FML 的一种变体 Glare 由交替粘合在一起的薄铝板和玻璃纤维环氧层制成,已在空客 A380 上大规模用作机身蒙皮和尾翼前缘蒙皮材料。与单片金属板相比,FML 的优异疲劳性能归因于完整纤维在疲劳裂纹尖端后提供的桥接机制,如图所示。1。抗疲劳纤维保持完整,并抑制金属层中裂纹的张开,从而使载荷从开裂的金属层转移到桥接纤维。这种桥接机制显著增强了金属层对疲劳裂纹扩展的抵抗力,因为它降低了裂纹尖端的应力严重程度。同时,由于开裂的金属层和桥接纤维之间以剪切形式循环传递载荷,在复合材料/金属界面处发生分层,这是 FML 中的一种伴随失效机制 [2] 。FML 中显著改善的抗疲劳性和失效机制非常具有代表性,是广泛应用于各个工程领域的一般组合胶接结构中的代表。组合粘合结构提供的定制裂纹延迟功能通常用于航空航天工业的安全关键结构 [4,5] 。冗余负载路径和损伤阻止功能,例如机身撕裂带、疲劳裂纹延迟器 [6,7] 和裂纹阻止器 [8] ,最好通过粘合剂粘合到蒙皮板上,以减缓疲劳裂纹扩展,并允许定期检查以检测疲劳裂纹。组合结构的这些功能与适航法规推荐的损伤容限设计理念相得益彰。通常采用粘合技术而不是机械紧固来向蒙皮板添加额外的负载路径,以避免与紧固过程相关的应力集中和高成本 [5] 。粘合剂粘接解决方案还提供了隔离特定结构元件损坏的机会 [5] 。此外,含有裂纹的薄壁金属飞机结构通常通过将复合材料补片粘合到
弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所 (IFAM) 的研究人员开发出一种新型聚合物补片,它可以显著加速和简化以前费力、昂贵且耗时的受损轻型飞机部件修复过程。将这种可热成型、可回收的修补片压在受损区域,仅需 30 分钟即可完全固化。这种创新的纤维增强塑料用途广泛,可用于从航空到骨科等不同行业。修复轻型纤维复合材料部件(如用于飞机机翼、机身段、尾翼表面和舱门的部件)是一个费时、昂贵的过程,需要多个工作步骤。受损区域通常使用复杂的湿层压工艺或在表面应用纤维增强聚合物 (FRP) 或铝结构(称为双层)来修复。然而,这些方法需要较长的固化时间并需要额外的粘合剂。弗劳恩霍夫 IFAM 的研究人员现已开发出一种由动态聚合物网络(业内称为 vitrimers)制成的修补片,可将之前漫长而费力的修复过程缩短至 30 分钟。这种创新材料基于苯并恶嗪,这是一种新型热固性材料,也称为热固性材料,其真正特别之处在于,聚合塑料不会熔化,也不会像湿法层压中使用的传统树脂系统那样表现出其他行为。聚合物的动态网络过程使局部加热材料成为可能。完全固化的修补片在加热状态下可适应修复部位。在室温下,聚合物具有热固性,因此修补片不粘,储存时稳定。这节省了能源,因为修补片可以在室温下储存,不需要冷藏,从而降低了储存成本。修补片使用压力和热诱导交换反应应用于需要修复的轻质部件。它能够快速修复,30 分钟内完全固化。无需使用反应性危险材料,而传统树脂系统则必须如此。玻璃体特性使得可以在需要时移除补片,而不会留下任何残留物。“我们的无粘合剂、储存稳定的纤维增强补片可以直接修复受损的复合材料和混合结构。由于聚合物本质上是一种玻璃体,因此补片在储存过程中的表现类似于传统的热固性复合材料,但它也
申请人应知道,联邦航空管理局已发布备忘录,指出在飞机、滑翔机和飞艇外部安装乙烯基覆盖收缩包装存在安全问题,而油漆和除冰靴等其他外部装饰则不存在这些问题。这些问题包括重大甚至灾难性的危险,因此不接受获得联邦航空管理局现场批准的安装。只有联邦航空管理局 (FAA) 型号合格证 (TC)、修订型号合格证 (ATC) 和补充型号合格证 (STC) 才适用于此类安装。本备忘录不适用于放置在机身或尾翼有限区域上的乙烯基贴花或徽标。以下是安装乙烯基收缩包装覆盖物的安全问题,申请人必须对任何 TC/ATC/STC 申请进行评估:1. 未经适当的工程评估和/或测试,不得将乙烯基收缩包装放置在任何控制面或控制面突出部上:a.不考虑对颤振特性的影响(无论表面是否质量平衡)以及 b. 安装会改变相邻表面之间现有的间隙(有负载和无负载)。2. 切割乙烯基板以使其适合时划伤飞机蒙皮,这会导致裂缝,尤其是在增压飞机中。3. 堵塞燃油通风口、静压孔、铰链、排水孔等,使其无法工作或改变静压孔上的气流。4. 使用喷灯的明火涂抹材料。这对油箱和通风口、敏感天线,尤其是复合材料部件来说是一个问题,因为复合材料部件的固化温度远低于喷灯的温度。5. 遮盖必需的外部飞机标记和紧急出口。6. 乙烯基板在表面或旋转部件上的附着力丧失,卡住控制面或损坏发动机。7. 静电积聚导致油箱内或周围放电,并造成无线电/导航干扰。 8. 窗户和挡风玻璃上贴有透明乙烯基,影响飞行员的视线。9. 清除关键表面积冰的影响。10. 材料的可燃性,包括雷击,尤其是发动机排气口附近和发动机短舱周围。可燃性测试样本应从涂有乙烯基收缩包装的发动机罩/短舱上制作。11. 包装被雨水或冰雹剥落。12. 结构和外壳上的裂缝和腐蚀的遮盖。13. 安装有水龙头的乙烯基收缩膜的使用寿命。强制拆除前需要多长时间。14. 除冰液对薄膜的影响。政策备忘录可应要求提供。
设计过程中的软件系统为探索以前不可行设计提供了新的机会,这些设计可以通过跨学科的通用方法和工具实现。通过 (a) 气动弹性剪裁来承载重新设计的衍生机翼;(b) 开发非常精确的颤振建模和颤振控制合成方法和工具,从而在开发、认证和运行期间改善颤振管理,从而可以快速将现有设计应用于衍生飞机,降低技术风险(例如,使用控制来解决开发过程中发现的颤振问题)。开发的工具和方法的准确性在经济实惠的实验平台上得到验证,然后进行规模化研究,展示跨学科开发周期。制造商通过集成开发颤振控制和气动弹性剪裁,获得用于提高飞机性能的成本效益高的方法、工具和演示器。这些跨学科能力改善了衍生飞机和新飞机的设计周期和验证与确认过程。飞行测试数据将发布在项目网站上,为全球航空航天研究界提供基准。项目成果为制定未来欧盟柔性运输飞机的认证标准起到了催化剂的作用。图 1 所示的飞机是“地平线 2020”项目“无颤振飞行包线扩展以实现经济性能改进”(FLEXOP)的主要演示机,旨在开发和测试主动颤振抑制控制算法 [1]。这架单引擎演示机翼展为 7 米。起飞重量通常为 55 公斤,但压载重量最多可增加 11 公斤。该飞机配备一台 300 N 喷气发动机 [2],位于机身后部。空气制动系统从机身侧面偏转,可实现快速减速、快速空速控制和大进近角。尾翼配置为 V 型尾翼,而每个机翼半部具有四个控制面,其中最外侧的控制面用于抑制颤振(见图 2)。两个最内侧的控制面在起飞和降落时用作增升装置。总共制造了三对机翼,将在无人机试验台上进行测试:• 机翼 - 0 – 一对使用平衡对称型层压板优化的机翼作为参考机翼,颤振速度远远超过飞机的运行速度。该机翼组主要用于基本飞行测试和刚性模型验证。• 机翼 - 1 – 一对颤振机翼,设计用于在测试范围内触发颤振,在运行速度范围内有两种主要颤振模式。然后,将使用主动颤振控制扩展飞行包线。• 机翼 - 2 – 一对使用不平衡复合层压板优化的机翼,通过气动弹性剪裁展示被动载荷减轻。
我正在建造一架飞机。这是一架 Van's RV-7A,一架很棒的小型全金属虫子粉碎机,巡航速度为 200 英里/小时,可容纳两人,具有与 F-16 类似的出色气泡能见度和 +6/-3 G 能力。机翼和尾翼已完成,机身已准备好安装,发动机已发货。是的,我当然会画上机头,并涂上 P-51 野马的油漆。当您开始驾驶自制的实验飞机时,FAA 要求进行大约 40 小时的初始测试和验证“飞行”。禁止乘客。禁止胡闹。只需进行系统检查和安全检查,并且您必须保持在距离本国机场 X 英里的范围内,以防万一出现问题并需要快速降落……请靠近家。“靠近家”是本期《战斗优势》的主题。本月的每一篇文章都与我们 ACC Safety 的切身相关,从 F-22 猛禽战机开始。我们每天都在弗吉尼亚州兰利-尤斯蒂斯联合基地观看这架美丽的全美空中霸权战机飞行。我们为这架飞机感到骄傲,也为每天驾驶这架飞机练习飞行、战斗和获胜技巧的飞行员感到骄傲。阿尔·马歇尔上校可爱的新娘肯德拉带着她战胜癌症的胜利带我们回家。我们这些从未与疾病抗争过、也从未帮助过家人抗争的人,无法完全理解与这种巨人抗争需要付出什么。作为战士,我们学会不断评估自己的武器和工具。飞行员韧性的支柱——心理/情感、身体、社交和精神——对肯德拉的武器库至关重要,同时还有适量的幽默、信念和飞行员技能。我们还将听取空军最杰出的专家就当今航空事故记录中的特殊迷失方向问题发表看法。这件事让我感同身受,原因有几个。首先,尽管我们为当今现代飞机的飞行员提供了所有工具,但人类飞行员仍然容易受到 Spatial-D 的影响,最近的事故就突出了这种致命的人为因素。其次,在我 2,000 小时的战斗机飞行时间中,我最恐怖的一次出击是在沙特无月天气下执行南方守望行动任务期间。作为前往加油机的雷达跟踪编队的第三名,我的飞行员承认他“真的穿着探戈制服”。经过一些认真的机组协调,他与加油机进行了交谈,并带领他进入编队并进入吊杆:我会告诉他,“你驾驶 ADI,我会说服你”,然后我口头告诉他加油机机翼上的 PAR。所有这些故事都与我息息相关。我们本该回家,但我们不想错过这次任务。那是 1994 年,我们驾驶的是 F-4G Wild Weasels。然而,在这个晚上,我们携带的不是用于击落地对空导弹的武器,而是 AIM-7 Sparrows:这是美国空军 F-4 Phantom 的最后一次空对空作战任务。没有伊拉克米格战机升空,但上帝保佑,那天晚上我们进行了空对空飞行。请尽情享受,希望它们能为您的事故预防箭筒增添几支新箭。注意安全!