埃爾比特系統(tǒng)公司旗下龍卷風(fēng)公司采用一次性樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）工藝，開發(fā)了一款沒有使用金屬緊固件的全復(fù)合材料飛機艙門。

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%。

圖 RTM制作的全復(fù)合材料艙門

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(dāng)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。

　　圖幾何鎖定的復(fù)合材料附件

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(biāo)準(zhǔn)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。

圖 無緊固件的復(fù)合材料副翼

可行性試驗包括標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)備時間減少50%；

　　——成本降低35%。

　　劉亞威（轉(zhuǎn)載請注明作者！）