复合材料飞机副油箱结构铺层设计及性能分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.010

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (2): 70-81.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.010

复合材料飞机副油箱结构铺层设计及性能分析

高文明¹, 刘琛^1*, 聂海平², 阳铭广¹, 王显峰¹

1.南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;
2.成都飞机工业(集团)有限责任公司,成都 201620

收稿日期:2023-11-13 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-03-25
通讯作者: 刘琛(1992—),男,博士,讲师,硕士生导师,主要从事连续纤维树脂基复合材料自动铺放成型结构-工艺一体化设计方面的研究,liuchen2022@nuaa.edu.cn。
作者简介:高文明(1997—),男,硕士研究生,主要从事复合材料结构设计方面的研究。
基金资助:
江苏省重点研发计划 (BE2023014-4)

Lamination design and performance analysis of composite aircraft auxiliary fuel tank structure

GAO Wenming¹, LIU Chen^1*, NIE Haiping², YANG Mingguang¹, WANG Xianfeng¹

1. School of Material Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, 210016, China;
2. Avic Chengdu Aircraft Industrial(Group) Co., Ltd., Chengdu 201620, China

Received:2023-11-13 Online:2025-02-28 Published:2025-03-25

摘要/Abstract

摘要： 为了减轻飞机重量并提高其机动性能,将复合材料应用于飞机副油箱结构轻量化设计中。纵向拉伸试验结果验证了具有防雷击功能试样件力学性能预测仿真模型的准确性,并类比建立副油箱有限元模型。针对复合材料蒙皮加筋结构,提出了一种铺层顺序优化方法,基于副油箱在静载及冲击工况下的不同铺层方案中蒙皮的力学响应,确定最佳铺层方案中铺层角度基本循环单元,结合各铺层角度,优化了蒙皮的铺层顺序,并完成强度校核。结果表明:优化后副油箱蒙皮在静载工况下的最大应变降低了4.95%,冲击工况下降低了12.6%,同时蒙皮的强度、刚度也得到了提升,验证了此种优化方法的可靠性。研究成果可为飞机副油箱等复合材料壳体加筋结构的设计及制造提供指导。

关键词: 飞机副油箱, 铺层设计, 复合材料, 静力分析, 冲击分析

Abstract: In order to reduce the weight of the aircraft and improve its maneuverability, it is crucial to apply composite materials to the lightweight design of the aircraft drop tank structure. The longitudinal tensile test results verified the accuracy of the simulation model for predicting the mechanical properties of the specimen with lightning protection function, and established a finite element model of the auxiliary fuel tank by analogy. For composite skin reinforced structures, a layup sequence optimization method is proposed. Based on the mechanical response of the skin in different layup plans of the auxiliary fuel tank under static load and impact conditions, the best layup plan is determined. The basic cycle unit of the ply angle combines each ply angle to optimize the ply sequence of the skin and complete the strength check. The results show that the maximum strain of the auxiliary fuel tank skin under static load conditions is reduced by 4.95% after optimization, and it is reduced by 12.6% under impact conditions. At the same time, the strength and stiffness of the skin are also improved, which verifies the effectiveness of this optimization method. The results of this research can provide guidance for the design and manufacture of composite shell reinforcement structures such as aircraft auxiliary fuel tanks.

Key words: aircraft auxiliary fuel tank, layer design, composites, static analysis, impact analysis

中图分类号:

TB332

高文明, 刘琛, 聂海平, 阳铭广, 王显峰. 复合材料飞机副油箱结构铺层设计及性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 70-81.

GAO Wenming, LIU Chen, NIE Haiping, YANG Mingguang, WANG Xianfeng. Lamination design and performance analysis of composite aircraft auxiliary fuel tank structure[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(2): 70-81.

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Lamination design and performance analysis of composite aircraft auxiliary fuel tank structure

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