[实用新型]一种复合材料与金属接头连接的杆件结构

说明书

本实用新型提供了一种复合材料与金属接头连接的杆件结构，所述杆件结构包括金属接头、复合材料杆、高强螺栓和缘条固定件，所述金属接头设置在复合材料杆两端并通过高强螺栓与复合材料杆连接，所述缘条固定件设置在复合材料杆周侧，本实用新型以复合材料飞机常用的长桁制备工艺配合双剪螺栓连接接头，基于拉压受力和复材各向异性特征设计结构，杆件制造简单，铺层设计性强，连接强度可靠，安全性高且维修维护容易。

【技术领域】

本实用新型涉及飞机结构设计技术领域，尤其涉及一种复合材料与金属接头连接的杆件结构。

【背景技术】

飞行器机体构件的设计要求在所允许的有限重量下实现结构轻量化。随着先进复合材料技术成熟度提高，大大推动了复合材料在飞机上的广泛应用。复合材料在飞机上的应用遵循由小到大、从次承力结构到主承力结构的规律。虽然当代民用飞机构型没有重大变化，但纤维增强复合材料以其优异的比刚度、比强度在现代航空飞行器主、次承力结构中获得大量原位替换金属的应用。飞机发动机吊挂为飞机主承力部件，其中对于超静定吊挂与机翼连接的核心部件之一下连杆，主要用于传递发动机推力，只承受拉/压载荷。相比传统全金属中空吊挂连杆结构(B737、B777、C919飞机采用)，复合材料通过合理设计，新型复合材料与金属接头连接的杆件结构可实现明显减重效果，获得良好的使用效果，如B787飞机吊挂下连杆采用复材杆与钛合金接头连接。

针对已有复合材料连接杆件，其设计难点在于如何保证复合材料与金属接头连接结构安全可靠、易维护低成本。很多设计人员对连接形式、接头设计、复合材料杆件和铺层优化开展大量研究。例如连接形式采用胶接、螺纹连接、缝合和螺栓连接等；接头设计采用混杂接头，纺锤接头等；复合材料杆件主要采用中空圆柱铺层或缠绕复合材料杆。如图6所示。现有技术方案中，与本申请提案最为接近的技术方案有6种，分别如7～12所示。

图7来自专利“Composite base structure and end fittingjoint andmethod”，申请号4,469,730。该方案将复材杆与金属接头之间的拉伸载荷转化为hoop载荷，也即90°的碳纤维tension载荷，压缩载荷通过复材与金属的接触面传递。该方案只将原金属杆件原位局部替换为复合材料，通过胶接和斜面接触传递载荷，且容易因热和湿坏境导致粘接面老化失效。

图8来自专利“Method for manufacturing a shaft ofa gas-turbine engine,in particular a radial shaft or a shaft arranged at an angle to the machineaxis”，申请号US2014130964。该方案提出了一种复合材料涡轮轴与金属接头的连接方案。该方案设计了花键形式的内、外金属接头，将复材预浸料铺贴到内金属接头上，而后连接外金属接头将复材压实到花键中，从而传递扭矩。方案为传扭轴设计，传递拉压载荷能力不足。

图9来自专利“复合材料细长杆增强复合材料管道接头剪切强度的结构及方法”，申请号CN101509582B。该方案与图8方案类似，提出了一种复合材料中空杆与金属接头的连接方案，为了增加结构载荷传递效率和剪切强度，采用锯齿状螺纹增加接触面积。

图10来自专利“一种复合材料中空杆与金属接头的连接结构”，申请号CN2017211110.1。该方案提出了一种复合材料中空杆与金属接头的连接方案，采用纺锤型接头通过螺纹连接。金属接头分为主副接头。但该结构通过斜面接触传递拉压载荷，且金属接头结构相较于全金属结构减重效果不显著。

图11来自专利“具有复合材料-金属接头的复合材料结构以及制造其的方法”，申请号CN103068565B。该方案提出了一种复合材料层板与金属接头的连接方案，采用叠层式方案连接。金属片与复合材料边缘交叉固化后连接。该方案虽增加了胶粘面积，但传递较大的拉压载荷效率不高。