[發明專利]晶須增強的光敏樹脂氣動彈性高速風洞試驗模型

無效

• 申請號: 201110440317.3
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN103177646A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張征宇;孫巖;趙濤;王水亮
• 申請（專利權）人: 空氣動力學國家重點實驗室
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00;C08L101/00;C08K7/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發明涉及一種高速風洞試驗模型，特別是涉及一種利用晶須增強的光敏樹脂制作的高速風洞試驗模型。

背景技術

通過僅有外形相似的剛性風洞模型，風洞試驗無法模擬飛行器的氣動力響應特性，即不能反映飛行器的氣動彈性（簡稱氣彈）現象（如顫振、變形發散、抖振、操縱反效以及突風響應等），而氣彈對飛行器的操縱性與安全性有巨大影響。因此，軍機源于高機動、高機敏、高隱身等發展方向，（大型）民機出于飛行安全、適航認證等原因，不論是主動利用還是避開氣彈現象以實現最優的剛度與質量的分布，都須進行全機（至少是半模）的氣彈風洞試驗。

傳統氣彈風洞試驗模型設計與制造方法，主要靠工程經驗設計出簡化梁架模擬飛機翼面彎曲剛度和扭轉剛度，再在梁架上充填低模量材料（如輕木、硬質泡沫塑料或硅橡膠）實現幾何外形模擬，存在的問題如下：

填充輕木，易維持良好的空氣動力外形，但附加剛度大，加之輕木材料各向異性，剛度修正難以準確進行；用硬質泡沫塑料充填，附加剛度較小，表面加工精度低；硅橡膠成型的方法，工藝簡單、成型效果好、附加剛度小，但對高速風洞氣動載荷而言其強度不足。

按剛度要求設計的高速顫振模型，其結構重量往往超過相似原理要求的重量值，只能保持模型的質量分布與實物相似的前提下允許模型適度超重，再修正超重的影響，故模擬的振動特性失真不可避免。

復合材料有輕質、比強度和比剛度高等優點，但復合材料氣彈風洞模型的廣泛應用尚待解決以下問題：

①?復合材料通過剛度方向性來控制翼面的結構動力學特性，共固化實現整體成形，但鋪層不對稱、在給定方向上存在剛度與膨脹特性上的差異時，可引起翹曲變形甚至分層，加之飛機的氣彈試驗模型屬梁架承力的薄壁結構，熱應力與熱應變難以消除；而研究表明超臨界翼型剖面形狀對跨聲速激波的位置和強度有重要影響，故模型的輕微翹曲或熱應變都將對跨聲速顫振速度產生較大影響。

②?復合材料的力學性能分析須考慮增強體結構形式、制造工藝和環境等因素，傳統氣動彈性數值模擬方法難以勝任。

③?氣彈風洞試驗模型屬單件、小批量生產，導致復合材料制作的工藝自動化程度低、制成模型的動力學響應指標的誤差較大且不穩定。

發明內容

????本發明的目的是解決現有技術存在的問題，提供一種晶須增強的光敏樹脂氣動彈性高速風洞試驗模型，該模型與飛行器外形相似，剛度分布與質量分布相似，振型相同，制作簡單快捷且成本低。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種晶須增強的光敏樹脂氣動彈性高速風洞試驗模型，包括骨架和外包在骨架上的蒙皮，其中蒙皮的材料為光敏樹脂，且光敏樹脂中添加有晶須，所述晶須的含量為光敏樹脂質量的6%。

在上述技術方案中，所述骨架包括梁架和主梁，蒙皮外包在梁架和主梁上，所述梁架和主梁的制作材料為光敏樹脂，且光敏樹脂中添加有晶須，所述晶須的含量為光敏樹脂質量的6%。

在上述技術方案中，所述骨架包括梁架和主梁，所述梁架和主梁的制作材料為高強度金屬材料。

在上述技術方案中，所述光敏樹脂中加入晶須，然后采用光固化成型工藝制作蒙皮或制作梁架和主梁。?

從上述本發明的各項技術特征可以看出，其優點是：

晶須（又名短纖維，直徑僅幾個μm?,是一種須狀單晶體），由于晶須本身結構纖細，且具高強度、高模量，加入到光敏樹脂之中，能夠均勻分散，起骨架作用，形成高分子聚合物—纖維復合材料，晶須的存在能夠發展定向結構，但又不產生各向異性，可減少缺陷形成，有效地傳遞應力，阻止裂紋擴展。

晶須增強的光敏樹脂材料性能，滿足高速風洞的氣動載荷要求，而比重與復合材料相似，便于配重實現質量分布模擬；另一方面，宏觀趨向于各向同性，結構動力學的數值模擬方法（較各向異性）成熟的多，設計工作較復合材料簡單、準確度高。

本發明在光敏樹脂（一種高聚物）中添加晶須，其含量為光敏樹脂質量的6?%，攪拌均勻，利用目前成熟的光固化成型工藝，制作氣彈風洞試驗模型，極適于單件小批量制造具有復雜形面與型腔的飛行器氣彈試驗模型，且形面加工精度和表面質量高。

與現有復合材料氣彈風洞試驗模型不同，晶須增強的光敏樹脂宏觀上趨向于各向同性，結構動力學的數值模擬方法（較各向異性）成熟的多，設計工作較復合材料簡單、準確度高，但其比重與復合材料相似，具備復合材料氣彈風洞試驗模型便于配重實現質量分布模擬的優點。