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二、复合材料机翼结构特点
复合材料机翼结构形式，大体可以分成 /种情况：
（(）复合材料蒙皮壁板机械连接在由金属梁和翼肋等构成的骨架上，形成翼盒；
（&）复合材料蒙皮壁板、复合材料辅梁和翼肋与金属主翼梁机械连接在一起形成翼盒； •.(•
（）下翼面复合材料蒙皮与辅梁共固化成形，上翼面复合材料蒙皮单独成形，再
与金属主翼梁机械连接组成翼盒。
采用机械连接的目的在于拆卸方便，易检查维修。
复合材料机翼结构与金属机翼结构相比，主要特点如下：
（"）多墙（梁）结构传力布局
先进战斗机的高机动性要求，带来载荷指数增大，蒙皮厚度增加的新特点，采用
中厚度蒙皮多墙结构的传力布局较之梁式多肋加筋板结构具有高的结构效率。同
时，对复合材料机翼可缓解冲击损伤的影响，而且更适合于气动弹性剪裁设计，也有
利于主要接头连接设计。因此，目前复合材料机翼结构的传力路线布局主要采用多
墙结构布局。
（）机翼蒙皮壁板可进行气动弹性剪裁设计翼面气动弹性剪裁设计是复合材料机翼独特的设计技术，现已实现工程化应用。美国 —%前掠翼先进技术验证机（"%&’( &）和俄罗斯 )—*“金雕”前掠翼战斗机（"%%*( %）的机翼就是按复合材料气动弹性剪裁设计制造的。这项技术在其他复合材料机翼蒙皮设计中都不同程度地得到应用。（）设计 +制造一体化、共固化整体成形
纤维增强树脂基复合材料结构件成形与材料形成同时完成的工艺特点，要求复
合材料更加强调设计 +制造一体化，共固化整体成形。对复合材料机翼大型部件更强
调这一点。
复合材料机翼翼盒，下翼面蒙皮与辅梁（墙或长桁）共固化成形、上翼面蒙皮单独
固化成形，两者采用机械连接便于维护检查。例如：日本 ,)—机翼翼盒， -,...机
翼翼盒等采用了这种结构形式。共固化成形下半个翼盒有利于隐身和对燃油密封。
-,...复合材料机翼为多梁结构复合材料占机翼结构重量 /.0。复合材料机
翼重 "..12，比铝机翼轻 /.12，减重 .0，其中，共固化整体成形结构减少连接件重
量 .12，占减重份额 ""0。
（’）正弦波腹板 3形剖面翼梁得到采用
正弦波腹板 3形剖面梁，比传统的平腹板工字梁刚度大，稳定性好，而且加强件
少，重量轻。 ,—机翼正弦波辅梁采用树脂转移成形（ 456）方法制造，零件数减少
7.0，制造成本降低 .0，重量也大为减轻。
（7）主接头一般为复合材料蒙皮壁板与钛合金翼梁接头机械紧固件连接
机翼主要接头高应力区内复合材料蒙皮壁板和钛合金翼梁接头两种不同性质材料机械紧固件连接，出现不同许用应变、不同破坏机理材料多钉连接设计、不同性质材料制孔等难题。对战斗机，复合材料机翼蒙皮壁板、翼梁、肋等零构件采用机械紧固件连接，大约需要加工 7...个或数量更多的孔。一个 ,—机翼组装用紧固件达
•’%•
"""个，一副机翼需打孔 """个，工作量极大，而且要求配合精度高，需要专门的自动化制孔设备。（%）复合材料整体油箱需要特殊的密封、防静电、防雷击措施和耐燃油以及油箱可修性要求（）一定程度上可实现隐身要求三、复合材料机翼结构设计要点
复合材料机翼结构设计要点如下：
（）机翼结构总体布局，建议优先采用多墙结构；
（&）翼面气动弹性剪裁设计与综合优化设计；
（’）大型整体翼面壁板，设计 (工艺一体化；
（）翼梁设计—
—梁剖面形式选择、结构形式、工艺方法；
（)）主承力接头设计；
（%）油箱设计。
四、翼面结构设计分析程序
目前已经开发并成功应用于复合材料翼面结构设计的分析程序举例如下：
翼面结构分析与优化系统 *+,-.//；
"动力特性分析系统 *,.-；
损伤容限分析系统 *01.*；
屈曲分析系统 23*45；
%后屈曲分析系统 *+,-+//；
第三节6翼面结构综合优化设计
复合材料翼面结构设计与金属翼面结构设计最大不同之处，在于充分利用复合材料刚度的方向可设计性和弯一扭耦合效应，在满足结构强度、制造、装配等要求的同时，可使翼面结构在气动载荷作用下，产生有利于空气动力、总体、结构、操纵等方面的弹性变形，达到提高飞机性能（飞行品质）和获得最小结构重量（大于 &"7减重）的目的。为此，设计部门研制开发了复合材料翼面结构综合优化设计技术。这是充分发挥复合材料设计潜力，实现预期设计目标的一项支撑技术。它利用结构分析技术、优化技术和计算机技术，实现总体、气动、振动、静气动弹性、颤振、主动控制、强度、材料、工艺、重量等多种矛盾的需求在翼面结构上的最佳综合、折衷、优化。
•8’•
一、翼面气动弹性剪裁与结构综合优化设计技术
（）翼面气动弹性剪裁优化设计
翼面、操纵面等弹性体结构在气动载荷作用下，会产生变形（或振动），而变形（或振动）反过来影响气动载荷的分布和大小，两者相互作用构成了飞机结构的气动
弹性特性。复合材料气动弹性剪裁优化设计是利用复合材料层合板的刚度方向性和
耦合效应控制翼面结构气动弹性变形，以提高静、动气动弹性特性的一种以最小重量
为设计目标的优化设计方法。根据飞机设计的具体情况，可以期望改善气动弹性稳
定性（提高发散速度和颤振速度）、改善操纵安定品质、提高升阻比、减缓机动载荷等。
前掠翼飞机 "—和 %—&’是复合材料气动弹性剪裁优化设计的典型成功范例。
气动弹性剪裁设计主要涉及三个方面：复合材料（结构）力学、结构气动弹性特性
和优化设计。
由复合材料力学得知：
层合板刚度矩阵中，刚度系数 ()*、+)*和 ,)*均是可设计的，即各方向的刚度和
耦合刚度均是可调参的。
"层合板刚度矩阵中，(-［ ,］矩
［ (］矩阵的耦合项 (-， 为面内载荷 .变形耦合；
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