根據國外清潔航空網站發布的消息,歐洲Clean Sky 2(清潔天空2)計劃支持的D-Joints(D型接頭)項目開發了一種軟件“尺寸工具”,幫助工程師設計可以嵌入飛機面板和結構中的專用接頭,以保護飛機免受雷擊。該尺寸調整工具通過方便的用戶界面輕松訪問專門的雷擊保護(lightning strike protection,LSP)數據,從而節省了設計過程中的時間。而使用該工具意味著可以在飛機結構中安全地使用精確數量的LSP材料,從而節省重量、減少燃料消耗和控制排放。
D型接頭項目名稱為:具有電磁兼容性的創新型復合材料混合接頭的設計,項目起止時間為2020年5月到2022年12月,歐盟預算為46.8萬歐元,主要由TWI公司負責,并得到克蘭菲爾德大學和布魯內爾大學復合材料中心的支持。而項目主要目的是對Clean Sky2的C-Joint(C型接頭)項目技術進行測試,來驗證其有效性,然后將結果納入“尺寸工具”中。
根據測試結果顯示,C型接頭項目中開發的兩種復合材料接頭技術可以保護飛機免受雷擊。當飛機的外部面板或結構由復合材料制成時,接頭可以一種方式連接在一起,以確保如果被閃電擊中,電荷可以沿著飛機的長度方向安全地在面板之間傳導,防止損壞或安全問題。
設計能夠抵御雷擊的飛機只是航空制造商工作的一部分。據統計,一架商用飛機每年大約會被閃電擊中一次,但是在很多情況下,乘客甚至不會注意到飛機遭受雷擊。這主要歸功于飛機的設計方式,即將電流引導到飛機的末端(通常通過靜電放電芯輸送到后緣)。
在過去,飛機具有金屬蒙皮結構,由于蒙皮中的鋁合金是良好的導電材料,電流引導是一個相當簡單的過程。但隨著飛機中越來越多地使用輕量化的復合材料,這就必須在復合材料面板中嵌入金屬網,以使電荷在飛機的相鄰外表面之間安全地轉移。
C-Joint項目中成功開發出的兩項技術來解決這一挑戰,其一是簇絨(tufting)技術,這是一種工業縫合工藝,它采用了機器人技術,通過將細銅線縫合到復合材料面板來促進導電性;其二是熱噴涂技術,這是一種由TWI Limited公司開發的工藝,它通過將金屬顆粒噴涂到復合材料上,來提供可以在復合材料面板之間以及復合材料與金屬面板之間傳遞能量的金屬連接。
簇絨技術的主要優勢在于其高電流耗散能力,從而提高了操作安全性。通過在復合材料結構件中使用金屬簇絨是一種重量較輕的替代方案,用于通過復合材料作為接地路徑的一部分傳輸閃電電流。
而熱噴涂涂層技術比添加銅線然后進行專門的螺栓連接更簡單,而且還可以改變導電材料的厚度,用于高電流的關鍵路徑和復合材料結構的有效保護。這與當今的嵌入式銅網系統形成了鮮明對比,后者在被閃電損壞時,修復起來既困難又昂貴,而涂層修復則快速而簡單。
但TWI表示,使用熱噴涂金屬涂層代替EV-55復合材料部件內的銅網和條紋分流器進行雷擊保護也可能是一項成本高昂的技術,因為需要機器人和特殊的噴涂設備。
D型接頭項目
在C-Joint項目前期積累的經驗和專業知識的基礎上,C-Joint項目旨在探索具有增強雷擊保護的新型創新復合材料-復合材料和復合材料-金屬混合接頭。該項目旨在開發一種新的“尺寸工具”,這是一種基于模擬涉及接頭的多種材料組件的機械、熱和電響應的軟件程序。尺寸工具將有助于減少迭代耗時的有限元金屬計算的數量,這些計算通常由分析師和應力工程師使用。
經過為期兩年的實施,D型接頭項目成功開發出了這種“尺寸工具”,它是一款用戶友好的工程師軟件工具,可幫助工程師快速指定技術參數、材料特性和接頭尺寸,這些參數、材料特征和尺寸是設計需要嵌入式防雷保護的飛機外部面板和結構時所需的。
鼻段部分演示器演示器在模擬雷擊條件的相關環境中進行了測試。結果表明,上述兩種新技術在發生雷擊時為航空結構提供了有效的保護,并保護其免受閃電(閃電產生的電磁場)的間接影響。這是通過使用“高強度輻射場”地面測試技術進行的評估而得到證實的。
雖然該項目的主要重點是雷擊防護,但其結果也具有明顯的環境效益。在設計具有雷擊保護的集成復合材料結構時,該尺寸確定工具將幫助設計師確定所需的接頭的適當尺寸和形狀,從而節省重量、減少燃料消耗并減少排放。
由于消除了開發和生產接頭所需的耗時的設計評審迭代,該工具還加快了產品的上市時間。它通過使設計人員能夠快速指定可用于特定接頭的最合適類型的材料組合來實現這一點。
來源:碳纖維及其復合材料技術 此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯,文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。
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