结构胶粘剂在某型号通用飞机上的应用

本文以某型号5座单喷涡桨通用飞机为原型机，介绍一下结构胶粘剂在原型机上的具体应用。此款飞机的整机结构除了机翼主起加强肋和一些连接结构件为金属材料外，其余全为复合材料结构件。飞机的机体结构主要采用碳纤维复合材料蜂窝夹层结构。各零部件的连接方式以胶接为主。下面主要介绍一下结构胶粘剂在此款飞机上的应用部位。

（1）后机身内有两个加强框，由上下两个碳纤维复合材料件与蒙皮及垂直安定面后梁胶接组成，垂直安定面内部有一个翼梁，采用碳纤维复合材料蜂窝夹层结构，采用胶接与蒙皮连接，如图1、图2所示。

（2）中机身与后机身采用胶接的方式进行连接。

（3）复合材料翼肋与前缘翼肋均和翼梁用胶接方式连接，机翼蒙皮壁板采用碳纤维复合材料泡沫夹层结构，上下蒙皮和翼梁及翼肋之间均采用胶接方式连接，如图3所示。

（4）襟翼由襟翼外形蒙皮和两个端肋胶接而成，如图4所示。

图4 襟翼外形蒙皮与端肋的连接示意图

（5）副翼由副翼外形蒙皮和两个端肋胶接而成。

（6）水平安定面由上下蒙皮与翼梁采用二次胶接形成整体结构，升降舵蒙皮采用碳纤维与蜂窝夹层结构，端肋采用碳纤维复合材料层压结构件，梁、蒙皮和端肋采用二次胶接成一个整体，如图5所示。

（7）方向舵左右两侧蒙皮、加强盒采用二次胶接成一个整体。

（8）升降舵梁、蒙皮和端肋采用二次胶接成一个整体。

此款飞机主要使用的结胶粘剂有Henkel公司的EA9696、EA9360、EA9394产品，其中EA9696 主要用于芯材和蒙皮之间的粘接，EA9360主要用于复合材料件与复合材料件之间的粘接，EA9394主要是用于金属材料与复合材料之间的粘接。

使用胶接结构的必然性

飞机结构设计的研究和发展一直与采用性能优越的新材料密切相关。在传统飞机的制造过程中需要大量铆钉将金属板连接起来（一架小型飞机需要上万个铆钉），现代复合材料结构飞机，若采用胶接代替铆接，可使飞机质量减轻20%、强度提高30%，而减轻结构重量对现代飞行器具有特殊重要的意义。

近年来随着复合材料在飞机结构中的大量应用和发展，胶接技术作为复合材料制造的重要配套技术，也必将相辅相成随之发展。某些小型公务机采用全复合材料结构，而胶接是复合材料结构主要的连接方法。胶接的主要特点：

（1） 胶粘剂与基体通常是同一种材料体系，因而能够保证材料间的相容性；

（2） 胶接可以防止腐蚀，在连接的同时还可以形成密封，而且比坚固件连接的接头的重量轻；

（3） 胶接区域面积大，分布的应力较小，且不需制孔，不会引起复合材料分层破坏，接头的强度较高；

（4） 胶接不同于焊接受材料品种及厚度限制，而且不同材料间连接无电偶腐蚀，从而可以拓宽设计选材和降低成本；

（5） 胶接有阻止裂纹扩展的作用，破损安全性好，疲劳寿命强；

（6）胶接能获得光滑的气动外形。

近年来在国际大飞机项目研究中，胶粘剂的地垃举足轻重，主要作用有：

（1）具有粘接飞机零部件的作用；

（2）具有良好的使用性能（如优异的加工性能、良好的热性能、优良的粘接性能、低密度、抗老化性能优异和环境定性好等）。因此，胶接结构取代传统连接方式是一种必然趋势，对提高产品性能、减轻结构重量、简化制造工艺和降低费用等具有明显的作用。

复合材料胶接技术展望

优良的航空结构胶粘剂仍是21世纪制造先进战斗机和民用飞机不可缺少的重要材料。随着复合材料在飞机结构中的应用不断扩大，国内外航空用结构胶的应用日趋广泛，新一代复合材料飞机制造技术的发展又对胶接技术提出了更高的要求：

（1） 发展复合材料胶接表面处理新技术。复合材料胶接表面处理现仍处于原始的技术水平，不能满足复合材料高性能胶接的要求，国外正在试验的等离子喷涂、紫外线辐射、火焰处理等新技术距实际应用尚远；

（2） 降低结构胶粘剂的固化温度、简化固化工艺。有些胶粘剂虽性能优异，但存在着韧性差、固化温度高、固化工艺繁琐等缺点，而现在工艺技术趋于操作简单方便的特点，因此需要研制中温或低温固化、性能优异的胶粘剂体系；

（3） 提高复合材料胶接件的质量检测方法。我国现代的胶粘剂体系，在生产过程中存在着质量稳定性差的缺点，而复合材料件胶接固化完成后又存在着受检测方法的制约，无法准确地检测出构件胶缝的胶接质量，因此需要建立相应完善的检验标准体系，并改进无损检测的方法。

（4） 随着我国低空领域的开放，民用公务机将成为未来航空领域的研制方向，因此复合材料胶粘剂体系不但要满足各项工艺性能的要求，还要满足适航当局对胶接体系的要求。

随着这些问题的解决，我国复合材料胶接技术水平我国低空领域的开放，为民用飞机提供了很大的发展空间，而研制新型高性能民用飞机也离不开复合材料和结构胶粘剂的使用，因此研制高性能耐久结构胶粘剂也是一种新的挑战。