先进复合材料飞机发展探秘(6)


极光飞行科学的设计以安-72为基础

洛马的设计

  洛马的设计以德国道尼尔公司(Dornier)的Do-328支线客机为基础,保留原机的飞行座舱、发动机、子系统……等,更换新开发的复合材料机身和垂直尾翼。和极光飞行科学公司一样,洛马的飞机结构也使用先进复合材料集团的MTM-45预浸布,以及CAI所发展的π形接头接合技术。机身采全复合材料胶合搭接,零件总数只有原零件的十分之一;机身比原机宽以容纳两个美军标准货柜,还有新的复合材料货舱门;垂直尾翼以先进的纤维排列概念(fiber placement concepts)做一体式加强,再以π形接头胶结接合。

洛马的设计以Do-328客机为基础,浅色区域结构沿用自原机体,深色区域结构为新制造

第二阶段

  先进复合材料运输机项目第二阶段的目标,是在2009年9月30日前制造并飞。极光飞行科学和洛马在阶段提出的设计都具可行性,但洛马的设计风险较低,因此空军决定选择洛马进入第二阶段。

  洛马设计的新机身和垂尾总共只有306个零件,大约只有原飞机的十分之一,而固定件的数量也减到只有原飞机的2%。机身加宽以符合美军标准货柜的宽度,机身尾部外形也重新修改以容纳后开式货舱斜板。新机身外形通过风洞吹试确认外形改变不会使Do-328飞控品质变差。

  新机身长19.8米,机身顶部和机腹蒙皮、保形框、地板支撑结构、货舱门、压力隔框、整流罩都使用MTM-45非热压炉复合材料。之前复合材料的标准树脂都需要在热压炉内以高压和177摄氏度的高温下才能固化,需要坚硬的夹具配合,而且零件尺寸也受热压炉大小所限制。而MTM-45只需真空压力,并加温到摄氏71到93度就能固化,沿零件四周很容易安装加温设备,零件尺寸不会受到热压炉大小的限制。

  机身蒙皮、主要保形框、地板支撑结构都是夹芯结构,由复合材料外皮搭配Hexcel公司的HRH-10泡棉夹心。保形框、地板支撑结构、压力隔框、货舱门基础结构……等都以三维(3D)编织型态的π形接头与机顶或机腹相搭接。

  机顶及机腹蒙皮以双搭接剪力接头的方式相互接合,搭接时先仔细调整,让两蒙皮间的大间隙不超过3%英寸,接缝处施涂FM-300粘胶。在两蒙皮接合处内、外覆盖多层的MTM-45复合材料纤维布,然后推进加温室进行固化。

  垂直尾翼高3.8米,翼根弦长1.7米,翼尖弦长1米,蒙皮、翼梁、翼肋、加强条先依照航空工业界标准程序制造并胶结后,再以π形接头与机身相互接合。前翼梁及后翼梁则是先分别制造完毕,等后机身控制面操控组件安装在垂尾内部后,再以金属固定件与蒙皮接合。

安装保形框

地板支撑结构

  虽然洛马的设计使用了大量复合材料,但还是会有少量金属结构件,如钛合金机翼接合凸耳(lug)、不锈钢起落架门耳轴(trunnion)、铝合金货舱门闩(latch)、铰链、致动器支架、垂尾与机身搭接的三件接头等;货舱门是预制成形的铝合金外皮夹芯平板结构。为防止铝合金与复合材料间产生电位腐蚀(galvanic corrosion),两者的界面处需贴上玻璃纤维隔离布。

洛马设计的机身上、下蒙皮及保形框

机身合拢,开始胶接