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胶水可以代替金属材料?


  日本工程师正致力于用胶水替代紧固件、像蒙皮那样使用复合材料作为战斗机的承力结构。
  一个全尺寸中机身段正作为日本未来战斗机项目技术采办工作的一部分接受强度测试。该试验件由模块制成,这些模块中复合材料蒙皮用胶水粘合在通过黏合剂相互连接的复合材料框和梁上。
  一位与三菱重工(MHI)一同负责此项工作的日本防卫省装备厅(ATLA)官员称,虽然评估工作尚未完成,但到目前为止尚未有重大问题发生。测试工作将在2019年3月31日完成。该名官员称,由于存在技术难度,测试工作可能需要更多时间。
  根据日本工程师的分析,限制复合材料承力结构广泛应用的一个关键因素在于这种材料很容易因钻孔导致高报废率。但如果使用胶水代替铆钉,这一问题几乎就不存在了,因为届时钻孔的需要将会非常少。
  这一中机身试验样件是根据ATLA为一种未来概念战斗机设计并制造的。未来战斗机是一种将在本世纪30年代进入服役的大型作战飞机。日本政府正考虑包括联合进行国际研发在内的替代自主设计的备选方案,但同其他国家一道研发飞机仍可使用日本按预期独立开发积累的技术知识。
  MHI于2017财年制造了这个中机身。该样段8.6米(28.2英尺)宽、5.2米长。此前已经试造了一个更小的胶接的复合材料结构用于进行评估。由于先进的黏结技术,现在的中机身段要比使用以往技术制造的机身段更易于制造,结构部件数量更少。
  该名官员在ATLA的技术研讨会上表示,试验样段已经通过了限制载荷的考验,这是飞行中可能出现的最值,但还不是极限载荷,该值要比限制载荷大50%。
  到目前为止,工程师们尚未发现黏合剂和临近材料连接处有任何破坏迹象。如ATLA此前描述,样段的各部件分别在热压罐中制造完成,然后在压力下黏结在一起完成装配。
  除了为复合材料的推广应用创造了机会,黏结技术带来的最直接收益是减重。与紧固件相比,胶水的重量更轻,并且各部件不需要在孔洞周边进行加强。
  根据ATLA预测,正在进行试验的结构件要比使用紧固件技术制造的同样结构轻10%,这意味着人们在轻质材料的应用方面又向前迈进了一步。但该部门拒绝透露使用复合材料减重的具体数值。
  该中机身在机腹仍要使用金属材料,以吸收来自起落架的复杂载荷,这是复合材料无法完成的任务。同样位于中机身下部的武器舱也需要由金属材料制造。
  对这项日本技术,疲劳测试也是需要的,但到目前为止还没有提供资金给予资助。此类工作应该在更小规模的样件上完成,从而控制所需冷却设施的尺寸和费用。
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