复合材料飞机副油箱双尺度铺层设计

作     者：刘琛 何晨 高文明 王显峰 江林 程硕 李勇 肖军 LIU Chen;HE Chen;GAO Wenming;WANG Xianfeng;JIANG Lin;CHENG Shuo;LI Yong;XIAO Jun

作者机构：南京航空航天大学材料科学与技术学院南京210016 中航工业合肥江航飞机装备股份有限公司合肥230041 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2025年第46卷第1期

页      面：199-218页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：FCX-3复材箱体设计和开发(YY05) 北研中心民机预研专项:弹性剪裁蒙皮丝束牵引成型技术研究(COMAC-BYZX-2023-25) 大涵道比航空发动机复材叶片短程自动铺放装备技术研发(BE2023014-4) 

主　　题：复合材料 铺层设计 飞机副油箱 多尺度 变厚度插层 

摘      要：以飞机复材副油箱为研究对象,发展“整体-局部双尺度铺层设计方法,对具有多尺度特征的封闭椭球体飞机副油箱整体与局部铺层进行了优化设计和分析。首先,基于副油箱特征结构,发展了副油箱结构力学分析方法,构建了具备防雷击功能的碳纳米管复合材料力学求解模型,综合分析蒙皮-筋条铺层结构在等效静强度和冲击工况下的载荷响应,并针对最佳铺层方案提出一种铺层顺序优化方法完成初步铺层优化;然后,考虑局部变厚度插层区的应力不均匀和层间/富树脂区损伤失效,采用内聚力单元和分层建模策略建立了变厚度试样细观力学模型,基于“子模型和“壳-固耦合技术,建立了副油箱局部变厚度结构求解模型,并提出了协同改善局部变厚度区受力的整体结构铺层设计方案;最终,根据整体-局部铺层优化后的设计方案,进行静力学、模态、冲击动力学分析,完成对副油箱整体结构的强度校核和验证。