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美海军研发全自动机器人测试F/A-18大黄蜂战机

发布时间: 2015-4-17 下午3:01

作者: 左边有风右没风

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美国海军研究室约翰教授领导的项目团队发明了一种机器人,可用于拉伸、弯曲及扭转用于F/A-18和其他飞机的复合材料样品。


随着私人企业和军方继续寻求先进复合材料用于航空和其他领域,海军研究实验室开发的机器人将有助于加速飞机从出厂到实际作战使用的过程。与传统上只考虑单一载荷的情况相反,为了准确表征材料性能,约翰教授认为需要掌握复合材料在各种可能负载下的性能,而目前还没有任何技术能做到这点。因此,约翰教授带领团队发明了NRL66.3机器人,该机器人在六个自由度上对样品施加载荷,能对材料进行72种拉伸、弯曲和旋转的组合操作。NRL66.3机器人是全自动的,在其他两个机器人的协助下,它将对每个样品施加载荷直至其断裂,并用配备有四个照相机的显示系统实时记录材料的状态。其实,在过去20年,约翰教授的团队已经利用其它的机器人对150多种材料体系进行了测试,从而建立了一个丰富的数据库。2008年-2012年,该团队为澳大利亚的先进复合材料合作中心进行了多次样品的测试。MIT在海军研究署的支持下也参与了其中的工作。约翰教授表示,我们曾在12天内对1152个样品进行了测试,这是前所未有的。

约翰教授称:此次开发机器人能比人类进行更多的测试,利用先进的数学方法能创造一种与我们所做的试验结果完全相符的理论模型,因而能预测用于大型结构的材料的性能。在他的实验室,我们发现行了行李箱大小的材料,它是一种先进复合材料样品,由碳纤维增强的树脂基复合材料组成,具有轻质高强的特点,用于F/A-18早期版本的蒙皮。 目前约翰教授的团队致力于充分利用计算机预测复合材料用在机翼上的性能。

F/A-18”大黄蜂”1978年成为美国海军和海军陆战队的第一型攻击战斗机,现役飞机已处于寿命中期,普遍服役22-23年之久。随着F/A-18超寿期服役,逐渐出现结构应力造成的裂纹和机翼复合材料蒙皮变形等问题,工程师们已经做了大量分析以开展维修工作。约翰教授称,因此需要研究一种新的材料解决该问题,但问题是需要对新材料进行验证,以确保其性能可比拟甚至超过之前的材料。

目前,国防部沿袭了1999年的“基础材料方法”,详见复合材料手册-MIL 17 。该方法开始是进行纤维和基体材料的检测,然后逐渐复杂,最后需要开展子部件结构甚至更高结构形式的检测,这种方法耗时且价格高昂,约翰教授称,为了确保该材料能用于F/A-18,需要花费18年且耗费13000个试样。这意味着工程师们必须开展多种尺寸的样品的测试,因为目前缺少一种能将不同尺寸样品的性能联系起来的理论。有了该机器人,约翰教授的实验室已对上千个类似样品进行了测试,从而能回答“性能表现如何、用于结构部件时能承受多大的载荷”等问题。
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