01 復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)概述

1.1 夾芯結(jié)構(gòu)概念

夾芯結(jié)構(gòu)涉及一種結(jié)構(gòu)面板的概念，其最簡單的形式是兩塊相對較薄的平行面板，由一個相對較厚的輕質(zhì)芯層粘合并分隔開。芯部支撐面板以防屈曲，并抵抗面外剪切荷載。芯部必須具有高剪切強度和壓縮剛度。

復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)通常使用高壓釜固化、壓力固化或真空袋固化進行制造。表層壓板可預(yù)固化并隨后粘合到芯部，在一次操作中共同固化到芯部，或采用兩種方法的組合。蜂窩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用示例包括機翼擾流板、整流罩、副翼、襟翼、短艙、地板和方向舵。

1.2 夾芯結(jié)構(gòu)特性

與鋁和復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)相比，夾芯結(jié)構(gòu)可以在最小重量下獲得較高的彎曲剛度，大多數(shù)蜂巢結(jié)構(gòu)是各向異性的。

增加芯層厚度會大大增加蜂窩結(jié)構(gòu)的剛度，而重量的增加是最小的。由于蜂窩結(jié)構(gòu)的高剛度，無需使用外部加勁肋，例如縱梁和框架。

1.3 夾芯結(jié)構(gòu)常見的面板材料

飛機結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)蜂窩結(jié)構(gòu)與鋁、玻璃纖維、Kevlar®或碳纖維面板結(jié)合使用。碳纖維面板不能與鋁蜂窩芯材料一起使用，因為它會導(dǎo)致鋁腐蝕。鈦和鋼芯用于高溫環(huán)境中的特殊應(yīng)用。許多部件（如擾流板和飛行控制裝置）的面板非常薄，有時只有3或4層。但是相關(guān)測試表明，這些面板不具備良好的抗沖擊性。

02 復(fù)合材料芯部結(jié)構(gòu)常見類型

2.1 蜂窩芯結(jié)構(gòu)

每種蜂窩狀材料都具有一定的特性和特定的優(yōu)勢。蜂窩芯的結(jié)構(gòu)最常用的芯材是芳綸紙（Nomex®或Korex®）。玻璃纖維或鋁芯通常用于更高強度的應(yīng)用。

蜂窩芯是標準且最常見的芯形狀，尤其是在航空航天應(yīng)用中。它的名字來源于六角形細胞與蜂巢的相似性。通過在特定位置和間隔處粘合堆疊的板材來制作電池，然后板材展開。當(dāng)板材彼此分開時，粘合部分將板材保持在一起，而未粘合部分將展開并形成六邊形。按照蜂窩芯結(jié)構(gòu)又可以分為：Hexagonal core、Flexcore和Overexpanded core。

等分的六邊形芯結(jié)構(gòu)（Hexagonal core）有另一片材料橫切每個六邊形。平分六邊形蜂窩比六邊形芯更硬、更堅固。

鐘形芯（Flexcore）結(jié)構(gòu)，具有彎曲的細胞壁，使其沿帶狀方向具有極強的柔韌性，在所有其他方向具有中等柔韌性。鐘形芯用于具有復(fù)雜曲線的面板。

過度膨脹芯（Overexpanded core）結(jié)構(gòu)是通過將板材膨脹到超過六邊形所需的程度而制成的。過度擴展的核心單元是矩形的。該核心在垂直于功能區(qū)方向的方向上是靈活的，用于具有簡單曲線的面板中。

蜂窩芯具有不同的單元尺寸和密度。密度較高的較小單元尺寸比密度較低的較大單元尺寸更硬、更重。較小的單元尺寸更好地用于較長、較平的部件（如直升機葉片）的共固化應(yīng)用，而較大的單元尺寸更好地用于彎曲部件（如發(fā)動機短艙）的粘接應(yīng)用。

2.2 泡沫芯結(jié)構(gòu)

泡沫芯常用于輕型飛機，以增強翼尖、飛行控制裝置、機身部分、機翼和翼肋的強度和形狀。泡沫芯通常不用于商用飛機。泡沫芯通常比蜂窩芯重，強度也不如蜂窩芯。多種泡沫材料可用作芯材，包括：

聚苯乙烯（俗稱聚苯乙烯泡沫塑料）—航空級聚苯乙烯泡沫塑料，具有緊密的閉孔結(jié)構(gòu)，孔之間沒有空隙；抗壓強度高，抗水滲透性好；可以用熱線切割來制作機翼形狀。

酚醛樹脂—具有非常好的耐火性能，可以具有非常低的密度，但機械性能相對較低。

聚氨酯—用于生產(chǎn)小型飛機機身、翼尖和其他彎曲部件；相對便宜，阻燃，與大多數(shù)粘合劑兼容；不需要使用熱線切割，用大刀和砂光設(shè)備可輕松成型。

聚丙烯—用于制造翼型；可用熱線切割；與大多數(shù)粘合劑和環(huán)氧樹脂兼容；不適用于聚酯樹脂，溶于燃料和溶劑。

聚氯乙烯（PVC）（Divinycell、Klegecell和Airex）—一種閉孔中高密度泡沫，具有高壓縮強度、耐久性和優(yōu)異的耐火性；可以真空成型復(fù)合形狀，并可通過加熱進行彎曲；與聚酯、乙烯基酯和環(huán)氧樹脂兼容。

聚甲基丙烯酰亞胺（Rohacell）—用于輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)的閉孔泡沫；優(yōu)異的機械性能、高溫下的高尺寸穩(wěn)定性、良好的耐溶劑性和優(yōu)異的抗蠕變壓縮性；比其他類型的泡沫更昂貴，但具有更高的機械性能。