复合材料在导轨式发射装置上的应用动向.pdf

２０１５年第２期玻璃钢／复合材料８７复合材料在导轨式发射装置上的应用动向单奇艺，张望，刘乐卿（中国空空导弹研究院，河南洛阳４７１００９）摘要：描述了复合材料在导轨发射装置的应用和发展。综述了导轨式发射装置复合材料的国外发展现状，全面剖析了导轨式发射装置用先进复合材料的结构阻尼一体化设计技术、复合材料结构成型技术、复合材料无损检测技术等亟待解决的关键问题，指出复合材料对导轨式发射装置技术发展具有极大的推动作用。关键词：复合材料；导轨式发射装置；结构阻尼一体化设计；ＲＴＭ；无损检测中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ——文章编号：１００３０９９９（２０１５）０２～００８７０４ｌ引言导轨式发射装置用于实现飞机和导弹的安装和悬挂，并保障导弹悬挂、载飞、发射和离机过程的安全。在高技术局部战争的推动下，现代飞机和空空导弹的战术性能指标要求不断提升，为了使导轨式发射装置满足导弹挂装飞机的适应性要求和实战需求的扩展，需要进一步提高导轨式发射装置的功能性能和作战效能。新一代飞机发展的趋势是速度快、高寿命、高可靠、隐身性等，这就要求导轨式发射装置轻质化、高可靠、耐疲劳、隐身性、耐磨耐烧蚀。这些需求带动了结构／阻尼复合材料、结构／功能一体化复合材料、耐高温材料、复合材料检测技术的发展。复合材料技术的实际应用将在导轨式发射装置的结构设计和生产制造中发挥举足轻重的作用，势必是影响导轨式发射装置发展的关键核心技术之一。２导轨式发射装置的发展—自２０世纪４０５０年代空空导弹出现以后，机载制导武器的发展迅猛飞速，第一代、第二代空空导弹重量较轻，多在机外悬挂，配套多采用导轨式发射“”装置。如美国响尾蛇导弹ＡＩＭ一９Ｂ、ＡＩＭ．９Ｄ的发射装置ＡＥＲＯ一３Ｂ、ＬＡｕ一７等，苏联Ｋ一１３导弹发射装置Ａｎｙ一１３，法国玛特拉公司的Ｒ５５０导弹发射装置Ｍａｔｒａ一４０型等，属于顺序离轨发射装置。苏联Ｋ一５导弹发射装置Ａｎｙ．４、法国玛特拉Ｒ５３０导弹发射装置Ｍａｔｒａ一１３型，属于同时离轨发射装置。第三代、第四代导弹仍广泛采用导轨式发射装置，如美国ＡＩＭ．９Ｘ导弹的发射装置ＬＡＵ．１１４Ａ和“”“”ＬＡＵ一１４１／Ａ伸缩型导轨发射装置，怪蛇４、怪蛇５的导轨发射装置，德国研制的多功能导轨发射装置ＭＦＲＬ，不仅能适应北约各国不同飞机的悬挂和使用，还能通用发射各国不同类型的空空导弹ＡＩＭ．“”“９Ｇ、ＡＩＭ一９Ｌ、ＡＳＲＡＡＭ、ＭＩＣＡ、天空闪光、阿斯派”德等。常规的导轨式发射装置多采用硬铝或超硬铝型材作为主承力件和次承力件。英国Ｃｏｂｈａｍ公司研制的新一代导轨式发射装置，部分承力件采用轻质复合材料制造，不仅具有高可靠性，而且重量小于３０ｋｇ，比常规发射装置重量减少３０％＿２ｊ，如图１所示。图１英国新一代导轨发射装置Ｆｉｇ．１ＴｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｍｉｓｓｉｌｅｌａｕｎｃｈｅｒｏｆＵＫ３复合材料导轨式发射装置３．１复合材料发射架导轨空空导弹在导弹发射后沿着发射架导轨短距离滑行，在发射过程中直至离机前的初始段运动都受到导轨的约束和引导。导轨通常采用相对强度好、——收稿日期：２０１４０８２９基金项目：中航工业导弹院科技创新基金（２０１３ＺＪＢ０１）作者简介：单奇艺（１９８０一），男，硕士，高级工程师，主要从事发射装置的研究，ｓｈａｎｑｙ００９＠１６３．Ｃｏｒｎ。／Ｃ＆｜２０１５ｉＮｏ￣２２０１５年第２期玻璃钢／复合材料８９３．３复合材料前整流罩导轨式发射装置前整流罩为流线型整体结构件，可以减小气动阻力和保证导弹发射时保护内部构件免受导弹尾喷流的烧蚀。英国Ｃｏｂｈａｍ公司采用轻质复合材料制造前整流罩，并进行隐身设计，外形被设计成２５。或略小的橄榄体头，此外形在大量实验研究中表明可以有效降低雷达散射截面。前整流罩的复合材料有可能为层压平板吸波材料或蜂窝夹层吸波材料，在宽频范围内可对雷达波散射衰减。４复合材料导轨发射装置关键技术目前，复合材料在导轨发射装置上的使用仍然处于起步阶段，在结构设计、制造生产、检测维护等过程中还存在许多亟待解决的问题，尤其是导轨发射装置在瞬间多变的空战中要执行各种复杂的战术特种任务，从而对复合材料的应用提出了更加严苛的技术要求。具体而言，需要突破以下几个方面的关键技术：（１）结构阻尼一体化设计技术（见图５）ｌ竺苎ｒ＿］．赢丽酾堡堕ＩＹ／＾＼满足要求ｔ．｛复合材料发射架动态－－ＪＬ垒矍譬！堡！芝｛响应分析ｉＴ…蘸瑟ＴＨＪ－图５结构阻尼一体化设计Ｆｉｇ．５Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／ｄａｍｐｉｎｇ在导轨发射装置的设计中，要综合考虑外形构造、减振性能、机械强度、安全性能等多方面之间的交叉耦合关系，将结构阻尼一体化复合材料应用于导轨发射装置，可有效增大结构的模态阻尼比，大幅降低其共振响应，极大地改善结构上仪器设备的工作环境，对提高装备的耐疲劳性、延长装备工作寿命、保障其工作效能有良好的效果Ｊ。先根据导轨式发射架的结构特点与载荷工况，分析结构刚度并进行优化，通过与原铝合金设计方案的结构刚度对比分析，通过局部加强或铺层设计等获得与铝合金相当的刚度，并在此基础上开展制件的动态响应分析，并通过铺层角度比例、铺层顺序和铺层厚度等优化动态响应，在模态激励响应最显著区域采用局部阻尼强化方法，如共固化粘弹性阻尼层或粘结阻尼层等降低关键点的动态响应，以达到技术指标要求，同时反馈复合材料发射架的刚度分析校核，进行反复迭代计算设计，同时满足复合材料发射架的减振要求及刚度、重量要求。（２）复合材料结构成型技术导轨式发射装置属于具有复杂外形、较大厚度且外形尺寸及装配精度要求较高的承力结构件，其复合材料构件的成型工艺首选树脂传递模塑成型工艺（ＲＴＭ），根据复合材料ＲＴＭ成型工艺的工艺原理，其成型技术包含了三个关键技术：①复合材料发射架预成形体的制备技术复合材料导轨式发射装置的结构特点决定了其定型预制过程必然异常复杂，并且其结构形式中同时存在变厚度、大角度弯曲截面等复杂结构形式，还将极大地增加缺陷概率。选择何种类型的定型剂材料、如何对增强织物进行预定型处理，以保证织物在铺覆过程中的结构完整性、可操作性以及定型织物的表面黏结特性将直接影响预成形体的制备质量，进而又将直接影响到随后的树脂充模过程。②复合材料发射架ＲＴＭ整体成型模具的设计与制造技术ＲＴＭ成型工艺具有闭模成型的工艺特点，最终制件的内部质量及制件的外型、尺寸公差控制完全依靠ＲＴＭ成型模具来保证。ＲＴＭ树脂在纤维增强体内部复杂的流动方式会给成型模具的注胶、出胶结构设计带来困难，同时复杂的外部形状也会对ＲＴＭ成型模具的嵌块组合设计方案以及合模、脱模等工艺过程提出更严格的要求。③ＲＴＭ整体成型复合材料发射架的成型工艺控制及缺陷控制技术复合材料发射架在ＲＴＭ注射过程中，很可能无法克服厚度及结构复杂性所带来的树脂在纤维预成型体中的宏观流动及微观浸润的不同步性，造成复合材料制件成型质量的下降。因此，优化工艺参数，在成型过程中进行工艺控制，是复合材料导轨发射装置的关键技术之一。（３）复合材料无损检测技术将复合材料应用于导轨式发射装置，可以节省燃油、增加飞行时间、提高飞行速度、降低损毁率。／Ｃ２０１５：Ｎ￣：；２复合材料在导轨式发射装置上的应用动向２０１５年２月但是，复合材料对冲击损伤敏感，影响结构的完整性。准确确定复合材料的损伤，可以防止早期失效．保证寿命。复合材料的大面积检测需要很长时间，例如点对点的超声波检测非常耗时，另外，如果样件的测量间隔过大，有可能丢失重要信息，复合材料发射架结构的复杂形状（层合板、锥形、倒角等）也会给检测过程带来挑战。通过设计便携式无损检测设备，实现在外场的快速检测，对减少维修时间、快速定位故障、具有重要意义。５结论复合材料良好的基本特性、显著的应用优势和灵活的结构设计性，为导轨式发射装置的快速发展提供了契机，因此主体结构复合材料化也必将成为下一代导轨式发射装置的发展趋势，这将从根本上对导轨式发射装置的结构设计和生产制造产生巨大的冲击。在对传统技术革新的过程中，考虑到导轨式发射装置在空战中的战术任务特点和指标要求，势必将面临结构阻尼一体化设计技术、复合材料结构成型技术、复合材料无损检测技术等关键问题所带来的严峻挑战。及时有效地解决这些棘手的问题，将对复合材料在导轨式发射装置上的应用提供更多更广的发展空问。参考文献［１］《机械制导武器》编委会．机械制导武器［Ｍ］．北京：航空工业出版社．２００９．—［２］ＡｄｖａｎｃｅｄＭｉｓｓｉｌｅＬａｕｎｃｈｅｒ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｏｂｈａｍ．ｃｏｒｎ／ａｂＯＵｔｔｃｏｂｈａｍ／ｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ／ａｂｏｕｔｕｓ／ｍｉｓｓｌｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ／ｗｅａｐｏｎｓｃａｒｒｉａｇｅａｎｄｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｓ／ａｉｒｔｏａｉｒｗｅａｐｏｎｓｃａｒｒｉａｇｅａｎｄｒｅ．１ｅａｓｅｓｙｓｔｅｍｓ／ａｉｒｔｏａｉｒｍｉｓｓｉｌｅｒａｉｌｌａｕｔｍｈｅｒｓ／ａｍｌｄａｔａｓｈｅｅｔ［ｚ］．ａｓｐｘ，２０１３．［３］Ｒｏｂｅａ．Ｂ２－ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＭｉｓｓｉｌｅＲａｉｌ［Ｐ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ８３３３１３８，２０１２．［４］０．Ｌｅｙ，Ｓ．Ｃｈｕｎｇ．Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆａｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｉｓｓｉｌｅｌａｕｎｃｈｅｒ［Ｃ］．Ｃｉｔａｔｉｏｎ：ＡＩＰＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１４３０，１１０２（２０１２）．—［５］０．Ｌｅｙ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｍｐａｃｔＤａｍａｇｅＵｓｉｎｇＬｉｎｅＳｃａｎｎｉｎｇＴｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ［Ｃ］．Ｋｉｎｇｓｔｏｎ：ＱＤＮＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＲｈｏｄｅＩｓｌａｎｄ，２００９．［６］何楠，杨加斌．先进复合材料在军用无人机上的应用动向［Ｊ］．—玻璃钢／复合材料，２０１２，２（２）：９４９７．［７］赵云峰，游少雄．结构／阻尼一体化复合材料技术及其应用研究—进展［Ｊ］．材料工程，２０１２，１１（１１）：８６９１．［８］辜席传．机载导弹发射装置结构强度及刚度优化设计问题［Ｊ］．航空兵器，１９９４，５（５）：１１．１３，１８．［９］常冠军．粘弹性阻尼材料［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１２．［１０］蒋鞠慧，尹冬梅，张雄军．阻尼材料的研究现状及进展［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１０，７（７）：７６－８Ｏ．［１１］段跃新，孟润生，苏英霞．预成型体质量对桨叶ＲＴＭ成型工艺—缺陷的影响［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１１，３（３）：４８５２．［１２］柴红梅，王雷，吕金燕．ＲＴＭ用高性能环氧树脂体系研究［Ｊ］．—玻璃钢／复合材料，２００９，１（１）：２８３０．［１３］ＣｌａｒｅｎｃｅＷ．ｄｅＳｉｌｖａ．振动阻尼、控制和设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１３．［１４］许亚洪．巡航导弹树脂基结构复合材料的应用与发展［Ｊ］热—固性树脂，２００８，８（８）：３６３８，４６．［１５］张少辉，陈花玲．国外纤维增强树脂基符合材料阻尼研究综述—［Ｊ］．航空材料学报，２００２，１（１）：５８６２ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＴＥＮＤＥＮＣＹＯＦＣＯＭＰｏＳＩＴＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳＦｏＲＳＬＩＤＥ－ＷＡＹＬＡＵＮＣＨＥＲ——ＳＨＡＮＱｉｙｉ，ＺＨＡＮＧＫｕｎ，ＬＩＵＬｅｑｉｎｇ（ＣｈｉｎａＡｉｒｂｏｒｎｅＭｉｓｓｉｌｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００９，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｌｉｄｅｗａｙｌａｕｎｃｈｅｒｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｆｏｒｅｉｇｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍｉｓｓｉｌｅｌａｕｎｃｈｅｒｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／ｄａｍｐｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｏｕｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｔｒｕ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