好的结构设计师都会包皮薄陷厚的饺子

发布时间:2023-05-15 16:44:26  |  来源:中国网  |  作者:  |  责任编辑:李汀
分享到:
20K
Loading...

从1970年中国第一枚运载火箭长征一号携带着东方红卫星发射升空,到如今的长征五号、长征七号,中国运载火箭的家族谱系越来越庞大,运载能力也由最初的几百公斤增长为几十吨,有近百倍增幅,但起飞质量仅增长了十倍左右。在总重量不变的情况下,结构重量的减少就意味着有效载荷的增加,或者飞行性能的提升,重量在设计中被更效益最大地分配,对结构重量占比的要求也越来越高。

一味地减薄皮厚,会降低结构承受再合适抵抗变形和破坏的能力,导致皮开陷露的风险。如何用最少的皮去包上最多的馅儿,成为了结构设计师们展现水平的时刻之一。如今,常用的途径是采用蒙皮结构在满足强度、刚度要求下尽可能把皮变薄,火箭的蒙皮厚度甚至可以做到0.3mm。

蒙皮结构被大量地应用于航空航天等领域,其作用原理可以用一个小实验来做演示:收集两个家里用完的卫生纸卷筒,一个沿纵向剪开,另一个保持完好,双手握住卷筒两头像拧毛巾地一样施加扭矩,就会发现两个卷筒剪开的卷筒成了纸毛巾,完好的卷筒仍然保持原型。封闭筒体虽然有着很好的扭转刚度,但自身强度不够的时候,横向一压也就没了型,所以经常还要在其中依照受力情况沿横向、纵向放置骨架,每分片蒙皮之间、蒙皮与骨架之间用铆钉或者其他连接形式可靠连接,让蒙皮上的承载能够传递到骨架上,蒙皮结构就是在纵横骨架上蒙上薄板而形成封闭盒段,在蒙皮和骨架的共同作用下,能够通过较少的自重获得很大的强度和稳定性。蒙皮和骨架的共同作用使得整个蒙皮结构能够变得非常强壮,而两者的配比在不同的承载环境中都会有所差异,过于减薄蒙皮厚度就意味着可能要增加更多更重的骨架才能保证安全可靠,而过于减少骨架则可能让蒙皮变厚皮,因此每一个好的蒙皮结构设计方案,都是设计师们反复迭代的结果,从而得到了在满足强度、刚度的前提下的最轻质量。

随着功能要求的不断发展,蒙皮材料也由密度小的铝合金、镁合金,越多越多地看见复合材料的身影,能产生“1+1>2”的复合材料也在不断满足新的特殊需求,如在歼-20机上采用了碳纤维锯齿蒙皮以达到预期的隐身效果。这世界上本没有完美,但有无数在接续靠近完美的奋斗者。未来,这层饺子皮会不会变得更薄更轻盈,需要一代又一代的设计师继续脚步不停,以创新推动科技发展,以突破助力国家富强。

中国网官方微信
中国国情
网站无障碍