高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210828.009

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (8): 60-65.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210828.009

高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究

祖磊¹, 陆金虎¹, 张骞^1*, 张桂明¹, 吴乔国², 王华毕¹

1.合肥工业大学机械工程学院,合肥230009;
2.合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥230009

收稿日期:2020-12-07 出版日期:2021-08-28 发布日期:2021-09-09
通讯作者: 张骞(1990-),男,博士,讲师,主要从事复合材料力学与结构设计方面的研究,zq_hfut@126.com。
作者简介:祖磊(1983-),男,博士,教授,主要从事复合材料力学与结构设计方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51875159);安徽省重点研究与开发计划项目(201904d07020013)

Research on bearing/ablation integrated composite wing of hypersonic speed missile

ZU Lei¹, LU Jin-hu¹, ZHANG Qian^1*, ZHANG Gui-ming¹, WU Qiao-guo², WANG Hua-bi¹

1. School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;
2. College of Civil Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

Received:2020-12-07 Online:2021-08-28 Published:2021-09-09

摘要/Abstract

摘要： 本文针对某型导弹的复合材料弹翼结构进行了设计,根据其耐烧蚀性能及刚度性能要求,提出外层铺放一层耐烧蚀功能层材料,内层铺放承载层材料,功能层与承载层采用共固化的模压成型工艺方案。通过烧蚀试验证明硼酚醛树脂的耐烧蚀性能较好,因此采用硼酚醛树脂预浸料作为弹翼功能层,以环氧树脂预浸料作为承载层;制备弹翼,对其进行烧蚀及力学性能试验,结果均满足要求;通过ABAQUS有限元分析软件,对弹翼力学性能进行数值模拟,最大变形量位于弹翼后上部,仿真结果与试验结果吻合较好,误差率为6.47%。与传统铝合金弹翼进行对比,采用复合材料弹翼可以减重42.8%,优势明显。

关键词: 复合材料弹翼, 耐烧蚀, 承载/烧蚀一体化, 共固化

Abstract: In this paper, the composite wing structure of a missile is designed. According to the requirement of ablative resistance performance and stiffness performance, this paper presents the molding technology scheme of the ablative resistance functional layer for the outer layer and the bearing layer for the inner layer, and the co-curing of the functional layer and bearing layer. According to the ablation test, it was found that the ablative performance of boron phenolic resin was better, so the prepreg of boron phenolic resin was used as the functional layer of the wing of missile and the prepreg of epoxy resin as the bearing layer. The experimental results of ablative and mechanical properties were satisfactory. The mechanical properties of the missile wing were numerically simulated by ABAQUS finite element analysis software. The maximum deformation was located at the back and upper part of the missile wing. The simulation results were in good agreement with the test results, and the error rate was 6.47%. Compared with the traditional aluminum alloy missile wing, the composite missile wing can reduce the weight by 42.8%, which has obvious advantages.

Key words: composite missile wing, ablation resistance, bearing/ablation integrated, co-curing

中图分类号:

TB332

祖磊, 陆金虎, 张骞, 张桂明, 吴乔国, 王华毕. 高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(8): 60-65.

ZU Lei, LU Jin-hu, ZHANG Qian, ZHANG Gui-ming, WU Qiao-guo, WANG Hua-bi. Research on bearing/ablation integrated composite wing of hypersonic speed missile[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(8): 60-65.

参考文献

[1] 彭金涛, 任天斌. 碳纤维增强树脂基复合材料的最新应用现状[J]. 中国胶粘剂, 2014, 23(8): 48-52.
[2] 宁莉, 杨绍昌, 冷悦, 等. 先进复合材料在飞机上的应用及其制造技术发展概述[J]. 复合材料科学与工程, 2020(5): 123-128.
[3] 何楠, 杨加斌, 高峰. 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, 2013(2): 90-97.
[4] 吴凯, 张铁军, 姚为, 等. 航天新型高性能材料的研究进展[J]. 宇航材料工艺, 2017, 47(6): 1-9.
[5] DOGGUI M M, TOUIHRI W, YAHIAOUI M, et al. Numerical investigation on aircraft wing stiffener composite material integration[J]. Aerospace Systems, 2019, 2(2): 137-145.
[6] 俞晓东, 张雪松, 杨建国, 等. 热塑性酚醛树脂残炭率的影响因素研究[J]. 中国胶粘剂, 2013, 22(10): 16-19.
[7] 张俊华, 李锦文, 张清辉, 等. 模压高碳酚醛树脂基烧蚀复合材料制备与成型[J]. 工程塑料应用, 2018, 46(4): 58-63.
[8] 张力, 张以河, 姚亚琳, 等. 硼酚醛树脂及其复合材料的研究进展[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018(3): 107-120.
[9] 王道翠, 王汝敏, 杨莹, 等. 硼含量对改性酚醛树脂性能的影响[J]. 中国胶粘剂, 2013, 22(8): 19-22.
[10] 张俊华, 李锦文, 魏化震, 等. 高性能酚醛树脂基烧蚀复合材料的研究[J]. 纤维复合材料, 2009, 1(1): 15-18.
[11] 齐风杰, 李锦文, 张清辉, 等. 四种烧蚀复合材料用纤维的对比[J]. 工程塑料应用, 2017, 45(11): 127-130.
[12] ZHA B L, SHI Y A, WANG J J, et al. Effects of oxygen content on the ablation/erosion behavior of 4D carbon/carbon composite material[J]. Materials Research Express, 2020, 7(8): 085601.
[13] XU F, ZHU S Z, LIU Y B, et al. Ablation behavior and mechanism of TaSi₂-modified carbon fabric-reinforced phenolic composite[J]. Journal of Materials Science, 2020, 55(20): 8553-8563.
[14] 李建英, 谷良贤, 龚春林. 某型导弹弹翼的模态和接触应力应变分析[J]. 科学技术与工程, 2012, 64(4): 951-955.
[15] 李长春, 董超, 高志勇, 等. 基于碳纤维复合材料的再入飞行器弹翼结构设计与研究[J]. 导弹与航天运载技术, 2019(5): 122-126.
[16] 赵亮, 陈红光. 整体成形复合材料弹翼研制[J]. 航天工艺, 1999(6): 16-21.
[17] ERTURK B, YAMAN Y. Assessment of the performance of a cruise missile wing depending on design parameters at various flight conditions[J]. MATEC Web of Conferences, 2019, 304: 02009.
[18] 南博华, 黄志立, 王红丽, 等. X型号滑翔增程弹EP/CF复合材料弹翼的研制工艺探讨[J]. 工程塑料应用, 2010, 38(6): 35-38.

高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究

Research on bearing/ablation integrated composite wing of hypersonic speed missile

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 12

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	常腾飞, 湛利华, 李树健, 潘阳. 不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 32-38.
[2]	杨功先, 梁森, 闫盛宇. 共固化阻尼薄膜夹芯缝合复合材料的动力学性能[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(8): 49-57.
[3]	闫云鹏, 梁森, 古恒, 郑长升. 嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的制备与性能[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(6): 46-50.
[4]	闫盛宇, 梁森, 陈新乐, 王玲. 嵌入式共固化缝合阻尼复合材料面内力学性能[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(5): 19-24.
[5]	王绍清, 梁森, 乔艳梅, 刘炳国. 阻尼层厚度对嵌入式共固化复合材料阻尼结构损耗因子的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(8): 19-24.
[6]	李博, 张尉博, 文友谊, 马开维. 工型加筋结构模具方案对共固化过程树脂压力及成型质量的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(7): 74-81.
[7]	何先成, 刘刚, 包建文. 预浸料在RTM工艺中的应用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2015, 0(4): 71-75.
[8]	王伟, 左小彪, 冯志海, 颜雪. 一种玻纤/环氧-Nomex蜂窝夹层复合材料制备工艺与性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2015, 0(10): 42-47.
[9]	罗海涛, 李娅娜, 康永清. RTM成型复合材料共固化结合面性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2014, 0(7): 53-56.
[10]	张元明, 赵鹏飞, 刘斌. 几何扭转的无人机机翼复合材料结构设计[J]. 玻璃钢/复合材料, 2010, 210(1): 60-62.
[11]	全文华, 肖永栋, 徐戈, 冯彩梅. 高强度耐烧蚀材料工艺性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009, 209(4): 80-82.
[12]	赵鹏飞, 赵景丽, 何颖. 共固化成型无人机用复合材料/蜂窝夹层结构面板的性能[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009, 209(1): 62-64.