国产NH(YT)－1蜂窝在直升机复合材料夹层结构中的应用分析

谌广昌，肖文萍，徐 璐

(中航工业直升机设计研究所，江西景德镇 330001)

0 引言

夹层结构具有气动表面光滑、比刚度大，抗声振疲劳和抗机械疲劳性能好，以及绝热隔声性能优越等特点，在航空装备上获得了广泛应用［1］。用作夹芯材料的芳纶纸蜂窝具有重量轻、压缩强度及剪切强度较高、疲劳性能较好等一系列优点［2］，在直升机上的应用比例越来越大。

在国内某型直升机研制中，大量采用了复合材料蜂窝夹层结构，芳纶纸蜂窝的使用部位涉及油箱舱壁板等多个主承力结构。型号研制初期采用杜邦公司T412纸制NH－1蜂窝，在某新研型号材料国产化应用项目中，需要验证国产YT812芳纶纸制NH(YT)－1蜂窝在某型直升机上应用的可行性。本文在借鉴国际上普遍采用的积木式验证程序［3］的基础上，开展了大量的试验与分析工作，给出了国产蜂窝的应用结论。

1 试验验证

1.1 总体思路

国产芳纶纸蜂窝NH(YT)－1工程化应用验证主要借鉴MIL－HDBK－17F中推荐的积木式验证方式，如图1所示［3］。参考其验证方式，结合芳纶纸蜂窝在型号中的使用及受力情况，我们研究确定了国产芳纶纸蜂窝工程化应用验证程序，分试样级、元件级及组件(典型结构件)级三个层次。在此基础上，我们详细分析确定了不同级别中应进行哪些类型的试验以及如何进行试验件的设计。

1.2 试样级试验

该级试验的目的是对比分析国产NH(YT)－1蜂窝与NH－1蜂窝的材料级性能。试验内容主要包括国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝3种不同规格下的各项性能，如为考核裸露蜂窝抗压缩破坏的能力，采用非稳定性压缩试验;为考核裸露蜂窝纵向(L)、横向(W)抗剪切破坏的能力，采用L向、W向剪切试验。试验需要3个有效批次的试验数据，每个批次至少5个合格试样。具体的试验矩阵见表1。

表1 试样级试验矩阵

1.3 元件级试验

蜂窝夹层结构的元件性能试验验证采用对比试验，即同样的试验件(试验件尺寸和内外面板材料相同)一半采用国产NH(YT)－1蜂窝，一半采用进口NH－1蜂窝。元件构型与结构关系密切，某新研型号中蜂窝夹层结构2.75－32规格的蜂窝一般与中温固化预浸料配套使用，1.83－48规格的蜂窝一般与高温固化预浸料配套使用，元件试验件的铺层设计亦如此。为考核蜂窝夹层结构承受载荷的能力，采用侧压和平面弯曲试验;为考核蜂窝夹层结构蜂窝与面板的粘接能力，采用平面拉伸试验。试验需3个有效批次的试验数据，每个批次至少6个合格试样。具体的试验矩阵见表2。

1.4 组件级试验

在试样级、元件级对比试验验证的基础上，为验证国产NH(YT)－1蜂窝是否可满足装机要求，挑选中机身油箱舱壁板、前机身蒙皮、尾2框前尾梁三种典型结构件各设计12件(6件无缺陷、6件带脱粘缺陷)组件试验件用于剪切稳定型试验，并与前期已有的进口NH－1蜂窝的相应试验结果进行比较。

2 试验结果与分析

2.1 试样级试验结果与分析

表3为国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝试样级性能试验结果，由表3可以看出，虽然NH(YT)－1蜂窝的大部分试样级力学性能略低于NH－1蜂窝，但均可满足指标要求。

表2 元件级试验矩阵

表3 试样级性能试验结果

2.2 元件级试验结果与分析

表4－表6为国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝元件级性能试验结果，由表可知，型号采用的中温固化夹层结构(面板为中温固化预浸料、蜂窝为2.75－32规格)及高温固化夹层结构(面板为高温固化预浸料、蜂窝为1.83－48规格)使用国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝时的性能相当，但大部分性能的离散系数较NH－1蜂窝大。

2.3 组件(典型结构件)级试验结果与分析

表7为国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝组件剪切稳定性试验结果，由表可知，国产NH(YT)－1蜂窝与进口NH－1蜂窝的剪切性能相当，均可满足型号使用要求。

表4 侧压试验结果

表5 平面弯曲试验结果

表6 平面拉伸试验结果

表7 剪切稳定性试验结果

3 结论

根据以上积木式试验验证分析可看出，国产YT蜂窝的性能与进口NH蜂窝性能相当，可满足直升机复合材料夹层结构的使用要求。采用国产YT蜂窝代替进口NH蜂窝作为复合材料夹层结构蜂窝芯用材，对产品的各项性能均无不利影响。同时，为降低NH(YT)－1蜂窝的离散性，在后续工作中应进一步改善NH(YT)－1蜂窝的性能稳定性。

［1］《飞机设计手册》总编委会，编.飞机设计手册，第10册［S］.北京:航空工业出版社，2004.

［2］《飞机设计手册》总编委会，编.飞机设计手册，第3册［S］.北京:航空工业出版社，2004.

［3］MIL－HDBK－17F－1，复合材料手册［S］.北京:中国航空综合技术研究所，2004.