在现代战争中,战斗机、轰炸机和无人驾驶作战飞行器的隐身技术是一个重要因素,当确保了空中的优势后,往往可以决定战争的走向。隐身技术是指一种避免被敌人的雷达和红外探测器探测到的技术。在被红外信号探测的情况下,飞机本身的热量,特别是高温发动机和后机身,发出的热辐射量大。
由于实现红外特征抑制的航空发动机喷嘴设计是至关重要的,应用S形喷嘴(双蛇形喷嘴),可以隐藏发动机的高温部分。此外,应用大长宽比的出口形状,也可以减少尾气温度的红外特征(图1)。多层复合材料正在被用来满足制造发动机喷嘴的功能和结构要求。
图1:a)UCAVs前视图与进气管(绿色)和排气嘴(橙色)的3D草图[1] c)应用b)排气嘴后的红外特征模拟结果,用于3种不同的几何形状[2]
喷嘴的内层由碳纤维增强碳化硅(C-SiC)复合材料制成,具有良好的热稳定性和耐侵蚀性。而外层由碳纤维增强塑料(CFRP)组成,这是一种轻质材料,以保持对轴向推力和内部压力的结构强度。后,为了粘合和绝缘,在C-SiC和CFRP材料之间使用了一种陶瓷材料。
采用缠绕成型工艺的非轴对称形状
在简单的轴对称形状喷嘴(圆柱形、圆形喷嘴)的情况下,有可能使用缠绕工艺制造飞机部件,该工艺比其他复合材料预成型工艺更便宜。另一方面,基于缠绕成型工艺,将具有急弯的非圆柱形制成实际飞机产品的案例并不多见。因此,为了用传统的缠绕成型工艺均匀地包裹非轴对称形状的外部,必须事先通过制造(CAD/CAM)设计工具创建一个精确的纤维放置和缠绕轨迹。
通过缠绕成型模拟工具分析
在本案例研究中,为了了解发动机排气管口形状的可成形性,只对碳纤维进行了干式缠绕,并要求事先确定佳的缠绕模式和角度设置,以防止纤维在双蛇形附近滑动。对于非轴对称形状,可以通过商业缠绕成型模拟工具来呈现并实现工艺优化(图2)。
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