在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,戰(zhàn)斗機、轟炸機和無人駕駛作戰(zhàn)飛行器的隱身技術(shù)是一個重要因素,當確保了空中的優(yōu)勢后,往往可以決定戰(zhàn)爭的走向。隱身技術(shù)是指一種避免被敵人的雷達和紅外探測器探測到的技術(shù)。在被紅外信號探測的情況下,飛機本身的熱量,特別是高溫發(fā)動機和后機身,發(fā)出的熱輻射量最大。
由于實現(xiàn)紅外特征抑制的航空發(fā)動機噴嘴設(shè)計是至關(guān)重要的,應用S形噴嘴(雙蛇形噴嘴),可以隱藏發(fā)動機的高溫部分。此外,應用大長寬比的出口形狀,也可以減少尾氣溫度的紅外特征(圖1)。多層復合材料正在被用來滿足制造發(fā)動機噴嘴的功能和結(jié)構(gòu)要求。

圖1:a)UCAVs前視圖與進氣管(綠色)和排氣嘴(橙色)的3D草圖[1] c)應用b)排氣嘴后的紅外特征模擬結(jié)果,用于3種不同的幾何形狀[2]
噴嘴的最內(nèi)層由碳纖維增強碳化硅(C-SiC)復合材料制成,具有良好的熱穩(wěn)定性和耐侵蝕性。而最外層由碳纖維增強塑料(CFRP)組成,這是一種輕質(zhì)材料,以保持對軸向推力和內(nèi)部壓力的結(jié)構(gòu)強度。最后,為了粘合和絕緣,在C-SiC和CFRP材料之間使用了一種陶瓷材料。
采用纏繞成型工藝的非軸對稱形狀
在簡單的軸對稱形狀噴嘴(圓柱形、圓形噴嘴)的情況下,有可能使用纏繞工藝制造飛機部件,該工藝比其他復合材料預成型工藝更便宜。另一方面,基于纏繞成型工藝,將具有急彎的非圓柱形制成實際飛機產(chǎn)品的案例并不多見。因此,為了用傳統(tǒng)的纏繞成型工藝均勻地包裹非軸對稱形狀的外部,必須事先通過制造(CAD/CAM)設(shè)計工具創(chuàng)建一個精確的纖維放置和纏繞軌跡。
通過纏繞成型模擬工具分析
在本案例研究中,為了了解發(fā)動機排氣管口形狀的可成形性,只對碳纖維進行了干式纏繞,并要求事先確定最佳的纏繞模式和角度設(shè)置,以防止纖維在雙蛇形附近滑動。對于非軸對稱形狀,可以通過商業(yè)纏繞成型模擬工具來呈現(xiàn)并實現(xiàn)工藝優(yōu)化(圖2)。

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