浅谈飞机复合材料结构装配的连接技术

浅谈飞机复合材料结构装配的连接技术

李忠王丽静

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安   710087

摘要：随着航空工业的快速发展和对飞机性能的不断要求，复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛。与传统的金属材料相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，更好的抗腐蚀性和疲劳性能，以及更低的密度和更好的气动性能。然而，与金属材料相比，复合材料具有更为复杂和独特的性质和特点，这给飞机复合材料结构的装配带来了许多挑战，本文就针对飞机复合材料结构装配的连接技术进行研究与分析。

关键词：飞机复合材料；结构装配；连接技术

1. 飞机复合材料结构概述

复合材料是一种由两种或多种不同材料的复合而成的材料，通过它们的组合可以充分发挥各种材料的优点，同时弥补各种材料的不足。在飞机制造领域，复合材料得到了广泛的应用，并且在未来的发展中有着巨大的潜力。

飞机复合材料的优势主要体现在如下几个方面：①轻量化。相比于传统的金属结构，复合材料结构的密度更低，所以重量也更轻。这使得飞机在起飞和飞行过程中消耗的燃料量减少，从而降低了运营成本，并且减少了对环境的影响；②高强度与刚度。由于复合材料是由多种材料的复合而成的，它们可以充分发挥各种材料的优点，形成一个更加稳固和坚固的结构。这使得飞机具有更好的抗风载性能和耐久性，提高了安全性和可靠性；③良好的耐腐蚀性能。相比于金属结构，复合材料结构更加抗腐蚀，即使在恶劣环境下长时间使用，也不易受到腐蚀的影响。这减少了维护和修理的频率和成本，延长了飞机的使用寿命。

尽管飞机复合材料结构具有许多优点，但其也面临着一些挑战。首先，复合材料的制造和加工技术相对较为复杂，需要高度的技术和设备支持。其次，复合材料的可靠性和寿命预测也是一个难题，需要进一步的研究和发展。最后，飞机复合材料结构的成本较高，这限制了其在商业飞机领域的大规模应用。

2. 飞机复合材料结构装配的连接技术分类

2.1 机械连接技术

机械连接技术是指利用机械力进行连接的方法，主要包括螺栓连接、铆接和插销连接。螺栓连接是最常见的连接方式之一，通过螺栓和螺母的配合，使得结构件之间产生紧密的连接。铆接是利用铆钉将结构件连接起来的方法，通过将铆钉穿过预先钻好的孔洞，并在背面用铆击工具敲打，使得铆钉头部扩展，从而形成连接。插销连接则是利用插销将结构件连接起来的方法，插销是一种具有锁紧功能的连接件，可以保证结构件在运行过程中不会松脱。

2.2 粘接技术

粘接技术是利用粘合剂将结构件连接起来的方法，主要包括环氧树脂粘接和聚氨酯粘接。环氧树脂粘接是目前应用最广泛的粘接技术，其具有耐高温、耐腐蚀、抗震动和抗疲劳等优点，可以实现高强度的连接。聚氨酯粘接是一种具有较高粘接强度和耐疲劳性能的粘接技术，适用于连接较大面积的结构件。

2.3 钉固连接技术

钉固连接技术是指利用钉子将结构件固定在一起的方法，主要包括钉子穿孔法和自攻螺钉法。钉子穿孔法是通过在结构件上钻孔，并将钉子穿过孔洞，然后在背面用锤子将钉子的头部敲入，实现结构件的连接。自攻螺钉法是将自攻螺钉直接拧入结构件中，通过自攻螺钉的锋利螺纹与结构件的孔壁摩擦力和附加压力，实现稳固的连接。

2.4 拉伸锁紧连接技术

拉伸锁紧连接技术是利用张紧装置将结构件连接起来的方法，主要包括拉铆钉连接和弹簧销连接。拉铆钉连接是通过拉铆钉的拉伸力将结构件连接起来的方法，拉铆钉具有较高的拉伸强度和锁紧能力。弹簧销连接是利用弹簧销的弹性变形将结构件连接起来的方法，具有较高的锁紧力和重复使用能力。

3.飞机复合材料解耦股装配连接技术的研究进展

在飞机复合材料结构装配的连接技术方面，近年来取得了显著的研究进展。随着复合材料在航空领域中的广泛应用，连接技术成为了关注的焦点。为了提高连接的强度和可靠性，研究人员进行了大量的实验和数值模拟，探索了多种连接技术。

首先，机械连接技术是目前应用最广泛的一种连接技术。这种技术通过机械方式将复合材料部件连接在一起，如螺栓连接、铆接和胶接等。螺栓连接是一种常见的连接方式，通过螺纹的摩擦力和压力将两个部件牢固地连接在一起。铆接是另一种常用的连接方式，通过金属铆钉将部件连接在一起，具有较高的剪切和拉伸强度。胶接是一种使用特殊胶水将复合材料部件粘接在一起的连接方式，具有较高的强度和密封性。

其次，焊接技术也被广泛应用于飞机复合材料结构的连接中。传统的焊接方法，如氩弧焊和电阻焊，已经在航空领域中得到了一定的应用。近年来，激光焊接和摩擦焊接等新型焊接技术也逐渐引起了研究人员的关注。激光焊接通过激光束将两个部件局部加热到熔化点，然后迅速冷却，实现部件的连接。摩擦焊接则是利用高速摩擦产生的热量将部件连接在一起，无需额外的焊接材料，具有较高的强度和密封性。

此外，还有一些新兴的连接技术正在被研究和开发。例如，螺旋连接技术是一种利用纤维增强塑料复合材料的特性，在零件制造过程中整合螺纹结构，实现部件的连接。这种连接技术不仅具有较高的强度和刚度，而且能够减少装配工艺中的环节和材料损耗。另外，研究人员还在探索使用纳米材料和复合材料增强材料来改善连接技术的性能，以满足飞机结构装配的需求和挑战。

4.飞机复合材料结构装配的发展趋势

①自动化和智能化装配技术的应用：随着自动化和智能化技术的快速发展，飞机复合材料结构装配将趋向自动化和智能化。自动化装配技术可以大大提高装配的效率和准确性，减少人为错误和事故的发生。智能化技术可以实现对装配过程的监测、控制和优化，提高装配的质量和稳定性。

②多材料结合的装配技术：未来的飞机复合材料结构装配将更加注重多材料的结合。不同材料的优势可以互补，使飞机结构更加轻量化、耐久性更好。例如，将复合材料与金属材料结合，可以在保证强度和刚度的同时减轻结构重量。

③快速装配技术的发展：随着飞机产量的不断增加和交付时间的压力，快速装配技术将成为未来的发展趋势。通过优化装配工艺和工具，减少装配时间，提高生产效率。例如，使用快速连接技术、模块化装配等方法，可以大大缩短飞机的装配周期。

5.结束语

飞机复合材料结构装配的连接技术是一个具有挑战性和前景广阔的研究领域，通过对连接技术的不断研究和改进，可以提高飞机复合材料结构的装配效率和可靠性，进一步推动航空制造技术的发展。

参考文献：

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[2]周银晓,杨建江.先进复合材料结构飞机机械连接技术现状及发展方向分析[J].信息系统工程,2017(05):17.