基于隐身飞机喷气发动机喷管几何形状的纤维缠绕工艺

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在现代战争中，战斗机、轰炸机和无人战斗机（UCAV）的隐身技术通过确保制空权是决定战争胜负的重要因素。隐身是指一种避免被敌方雷达和红外探测器探测到的技术。在通过红外（IR）特征进行探测的情况下，来自飞机本身的热量，尤其是高温发动机和后机身，发出的热辐射量最大。

Daeryeong Bae, Senior Researcher, 

C2ES Korea CO., Ltd; 

Shin Kim, Senior Research Engineer, 

Korea Carbon Industry Promotion Agency; 

Andrew Priestley, Director, Crescent 

Consultants Ltd; 

Byeong Joo Kim, Senior Research; 

Doo Hyun Choi, Principal Research; 

Hyung Ik Lee, Principal Research/Team Leader, 

Agency for Defense Development.

由于要求飞机发动机喷嘴的设计必须能够抑制红外信号，因此采用了 S 形喷嘴（双蛇形喷嘴），这样就看不到发动机的高温部分。此外，还采用了大长径比出口形状，以降低排出气体羽流温度的红外特征（图 1）。多层复合材料可以满足发动机排气喷嘴制造的功能和结构要求。

 图1：(a) UCAV 前视图及进气道（绿色）和排气喷嘴（橙色）的三维草图 (b) 3 种不同几何形状的排气喷管。（c）应用红外信号后的模拟结果

喷嘴的最内层由碳纤维增强碳化硅（C-SiC）复合材料制成，具有出色的热稳定性和抗侵蚀性。最外层由碳纤维增强塑料（CFRP）组成，这是一种轻质材料，可在轴向推力和内部压力作用下保持结构强度。最后，C-SiC 和 CFR 材料之间使用陶瓷材料进行粘合和绝缘。

非轴对称形状

与纤维缠绕技术

对于简单的轴对称喷嘴结构（圆柱形、圆形喷嘴），可以使用纤维缠绕工艺制造飞机部件，这种工艺比其他复合材料预成型工艺成本更低。另一方面，利用长丝缠绕工艺将带有急弯的非圆柱形制造成实际飞机产品的案例并不多。

使用 3D 图形查看器的绕组图案模拟结果（由 Cadfil 提供）

因此，为了用传统的纤维缠绕工艺均匀地包裹非轴对称形状的外部，必须事先通过制造（CAD/CAM）设计工具创建精确的纤维位置和缠绕轨迹。

试验测试生成的卷绕图案图像（K-Carbon公司提供）

该文章发布于《JEC复材中国》第16期，您可以通过点击文末的“阅读原文”，免费阅读文章的后续部分。

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