飛機夾層構造

飛機的夾層結構由兩個部分組成，表面由很薄的板材做成，中間夾以較輕的夾芯層。前者稱為錶板，要求強度高；後者稱為夾層，要求重量輕。

基本介紹

• 中文名：飛機夾層構造
• 外文名：Aircraft sandwich construction
• 組成：表層薄板和中間夾芯層
• 領域：航空航天
• 夾層材料：輕質木材、泡沫塑膠等
• 位置：起落架艙門、雷達罩等

簡介

飛機的夾層結構由兩個部分組成，表面由很薄的板材做成，中間夾以較輕的夾芯層。前者稱為錶板，要求強度高；後者稱為夾層，要求重量輕。

與薄壁結構的蒙皮相比，夾層板厚度大得多，抵抗失穩能力強，而且表面光滑，氣動外形良好，但由於製造工藝複雜，工藝質量又不易檢驗，套用受到很大限制。夾層結構錶板的材料主要有鋁合金、不鏽鋼、鈦合金和各種複合材料。夾層材料有輕質木材、泡沫塑膠等，也可用金屬材料或複合材料製成波紋板夾層或者蜂窩型夾層。夾層與錶板一般用膠粘結在一起，也可以用焊接形成整體。在受力分析中，上、下兩個錶板只承受錶板面內的拉力、壓力和剪下力，不能承受彎矩和扭矩，而中間夾層只承受垂直於夾層面的切力。由於夾層結構的兩錶板之間距離較大，夾層結構的彎曲剛度也比較大，失穩臨界應力顯著提高，而且夾層結構不用鉚釘，免除了釘孔帶來的應力，提高了疲勞強度。

飛機夾層構造

夾層構造材質

在飛機設計中要求設計的構件儘可能輕而不損失強度是對設計人員的最大挑戰，這就要求所設計的薄壁結構在承受拉、壓及剪下載荷的綜合作用下不失穩。過去傳統的飛機結構設計方法仍在一些範圍內使用，例如通過用長桁和肋 / 框組成縱、橫向加強件來提高板的穩定性。實際上，某些次結構也可以使用夾層結構飛機夾層結構的設計和泡沫芯材的選擇設計來滿足強度、剛度要求。

飛機的複合材料夾層結構通常採用先進複合材料做面板，其夾芯為輕質材料。夾層結構的彎曲剛度性能主要取決於面板的性能和兩層面板之間的高度，高度越大其彎曲剛度就越大。夾層結構的芯材主要承受剪應力並支持面板不失去穩定性，通常這類結構的剪下力較小。選擇輕質材料作為夾芯，可較大幅度地減輕構件的重量。當然，對於面板很薄的夾層結構，還應考慮抗衝擊載荷的能力，所以面板的最小厚度必須滿足一定的條件。此外，夾層結構的使用經驗還表明：在從成本方面評估夾層結構時，不僅要考慮製造成本，還必須考慮飛機使用期的全壽命成本。

夾層結構的夾芯通常採用蜂窩或泡沫芯材。

通常在飛機夾層結構設計中，泡沫材料的密度比蜂窩要高，剪下強度也低於同樣密度的蜂窩材料，這也是目前蜂窩材料的套用多於泡沫材料的原因。但是泡沫材料在工藝、設計和使用過程中，也有其獨特的優勢。

從工藝角度講，與泡沫材料相比，蜂窩材料機械加工相對簡單;對於複雜形狀，可以通過熱成形的方法對芯材成型。與蜂窩夾層結構相比，泡沫夾層結構能夠適應更高的共固化溫度和壓力，不需要填充處理。在同樣的共固化條件下，泡沫夾層結構的複合材料蒙皮的力學性能相對要高。另外，泡沫芯材還能直接用於各種液體樹脂成形工藝，例如各種樹脂轉移模塑工藝等。

從設計角度講，除了常用的全高度夾層結構和蒙皮夾層結構外，還可以設計泡沫填充帽形加筋條結構。另外，泡沫材料的力學性能是各向同性的，而蜂窩是各向異性的。在複雜受力狀態(例如翼稍小翼結構中)下，泡沫材料比蜂窩更能滿足結構和強度的要求。

夾層結構的位置

目前，飛機夾層結構主要的使用位置有：起落架艙門、雷達罩、地板、發動機短艙、飛行控制面（襟翼、副翼、升降舵、擾流板等），翼身整流罩、翼稍小翼以及用於加強壁板和蒙皮的泡沫填充帽形加筋條。