含损伤吸波蜂窝结构力电性能修复与综合评价

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32370

材料工程与机械制造

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含损伤吸波蜂窝结构力电性能修复与综合评价

闫雷雷¹^,², 胡坚¹, 黄睿麟¹, 程琳豪¹, 李茂源³, 郑锡涛¹^,²()

^1.西北工业大学航空学院，西安 710072
^2.强度与结构完整性全国重点实验室，西安 710072
^3.北京机电工程总体设计部，北京 100854

收稿日期:2025-06-04 修回日期:2025-07-04 接受日期:2025-07-28 出版日期:2025-08-12 发布日期:2025-08-11
通讯作者: 郑锡涛 E-mail:zhengxt@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12372141)

Comprehensive evaluation of mechanical and electromagnetic repairability of damaged microwave-absorbing honeycomb structure

Leilei YAN¹^,², Jian HU¹, Ruilin HUANG¹, Linhao CHENG¹, Maoyuan LI³, Xitao ZHENG¹^,²()

^1.School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity，Xi’an 710072，China
^3.Beijing System Design Institute of Electro-Mechanic Engineering，Beijing 100854，China

Received:2025-06-04 Revised:2025-07-04 Accepted:2025-07-28 Online:2025-08-12 Published:2025-08-11
Contact: Xitao ZHENG E-mail:zhengxt@nwpu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12372141)

摘要/Abstract

摘要：

吸波蜂窝夹芯结构在先进飞行器中得到了广泛使用，但是服役过程中的损伤会导致其电磁吸波性能、力学性能发生退化，目前的研究主要集中其力学性能的修复，缺乏对电磁性能修复的综合考量。针对现有修复效果综合评估方法不完善的问题，通过仿真、试验方法综合研究了胶接修理后含损伤吸波蜂窝夹芯结构的反射特性、面内压缩性能。提出定义为修理结构与无损结构最大差值的电磁性能修复性评价指标，弥补了传统指标无法直接表征反射特性变化的不足；量化挖补、贴补工艺参数对力-电性能的影响，并基于模糊综合评价法构建力电综合评价指数CEI。研究结果表明，贴补、挖补修理均会导致吸波蜂窝夹芯结构反射率提高、吸波中心频率向低频方向偏移，且修理结构的电磁性能修复评价指标随修理区域增大而增大；修理后结构力学性能的修复性优于电磁性能修复性，斜率20∶1的单面挖补方案力电综合修复性最佳。

关键词: 吸波蜂窝, 修复技术, 电磁性能, 力学性能, 损伤

Abstract:

Microwave-absorbing honeycomb is a commonly used Electromagnetic （EM） wave absorbing material of advanced aircraft， but damage during service will lead to degradation in both EM wave absorbing and mechanical performance. The vertical reflectivity and in-plane compression properties of repaired microwave-Absorbing Honeycomb Sandwich （AHS） were studied by simulation and experiments， and a new evaluation index for the EM repairability of damaged AHS， defined as the maximum difference between the repaired and undamaged structure， is proposed in this paper. The effects of bonded repair technology on the mechanical and EM repairability of AHS are analyzed， and a comprehensive evaluation on mechanical and EM repairability is made based on the fuzzy comprehensive evaluation method. The results show that both patch and scarf repair will lead to an increase of structural reflectivity and the shift of absorbing center frequency to low frequency. The evaluation index for the EM repairability increases with the increase of repair area. The mechanical repairability is better than EM repairability after patch and scarf repair. Single-sided scarf repair with scarf slope of 20∶1 is the repair scheme with the best mechanical and EM comprehensive repairability.

Key words: microwave-absorbing honeycomb, repair technology, electromagnetic property, mechanical property, damage

中图分类号:

V267⁺.46

闫雷雷, 胡坚, 黄睿麟, 程琳豪, 李茂源, 郑锡涛. 含损伤吸波蜂窝结构力电性能修复与综合评价[J]. 航空学报, 2026, 47(6): 432370.

Leilei YAN, Jian HU, Ruilin HUANG, Linhao CHENG, Maoyuan LI, Xitao ZHENG. Comprehensive evaluation of mechanical and electromagnetic repairability of damaged microwave-absorbing honeycomb structure[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(6): 432370.

图/表 26

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

表1

图 7

图 8

图9

图10

表 2

图 11

图 12

表 3

表 4

图13

表 5

图 14

图 15

表 6

图 16

图 17

表 7

图 18

图 19

参考文献 34

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

材料	参数	数值
G15000/6509/33%	0°拉伸强度/MPa	950
	0°拉伸模量/GPa	42
	0°压缩强度/MPa	700
	0°层间剪切强度/MPa	50
BHC-NH1-4.5-48	Z向压缩强度/MPa	1.63
	L向剪切强度/MPa	0.91
	L向剪切模量/MPa	32.0
	W向剪切强度/MPa	0.45
	W向剪切模量/MPa	17.0

修补方式	试验件编号	峰值载荷		压缩刚度		失效位移/mm	主要失效模式
修补方式	试验件编号	数值/kN	占比/%	数值/（kN∙mm^-1）	占比/%	失效位移/mm	主要失效模式
无损结构	WS-1	25.2		15.21		1.73	面板压溃
	WS-2	13.51		11.02		1.67	面芯脱粘
	WS-3	25.54		14.99		1.75	面板压溃
单面贴补	TB-0.2-10-1	17.97	70.7	16.36	108.3	1.66	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-10-2	11.99	47.2	11.64	77.1	1.97	蜂窝剪切、面芯脱粘
	TB-0.2-10-3	17.03	67.0	16.29	107.9	1.69	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-20-1	17.66	69.5	16.27	107.7	1.91	蜂窝剪切
	TB-0.2-20-2	21.89	86.1	18.40	121.9	1.63	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-20-3	21.33	83.9	17.69	117.2	1.70	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-30-1	16.90	66.5	18.04	119.5	1.43	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-30-2	16.21	63.8	19.05	126.2	1.48	蜂窝剪切、压溃
	TB-0.2-30-3	23.04	90.7	21.07	139.5	1.43	蜂窝剪切、压溃
单面挖补	WB-0.2-10-1	25.57	100.6	18.69	123.8	2.01	蜂窝剪切、压溃、面芯脱粘
	WB-0.2-10-2	25.76	101.4	18.76	124.2	2.03	蜂窝剪切、压溃、面芯脱粘
	WB-0.2-10-3	15.37	60.5	15.24	100.9	1.40	夹芯板整体屈曲
	WB-0.2-20-1	15.63	61.5	15.42	102.1	1.38	夹芯板整体屈曲
	WB-0.2-20-2	28.27	111.3	21.83	144.6	1.79	蜂窝剪切、压溃、面芯脱粘
	WB-0.2-20-3	27.88	109.7	20.17	133.6	1.72	蜂窝剪切、压溃、面芯脱粘
	WB-0.2-30-1	27.35	107.6	19.58	129.7	2.03	蜂窝剪切、压溃
	WB-0.2-30-2	24.74	97.4	19.48	129.0	2.15	蜂窝剪切、压溃
	WB-0.2-30-3	24.82	97.7	19.66	130.2	2.16	蜂窝剪切、压溃

类别	参数	数值
峰值	测量值1/kN	25.28
	测量值2/kN	25.54
	均值/kN	25.41
	差值/%	0.70
刚度	测量值1/（kN·mm^-1）	15.21
	测量值2/（kN·mm^-1）	14.99
	均值/（kN·mm^-1）	15.10
	差值/%	0.40

结构	类别	参数	数值
TB-0.2-10	峰值	测量值1/kN	17.97
		测量值3/kN	17.03
		均值/kN	17.50
		差值/%	5.50
	刚度	测量值1/（kN·mm^-1）	16.36
		测量值3/（kN·mm^-1）	16.29
		均值/（kN·mm^-1）	16.33
		差值/%	0.40
TB-0.2-20	峰值	测量值2/kN	21.89
		测量值3/kN	21.33
		均值/kN	21.61
		差值/%	2.60
	刚度	测量值2/（kN·mm^-1）	18.40
		测量值3/（kN·mm^-1）	17.69
		均值/（kN·mm^-1）	18.05
		差值/%	4.00
TB-0.2-30	峰值	测量值1/kN	16.90
		测量值2/kN	16.21
		均值/kN	16.56
		差值/%	4.30
	刚度	测量值1/（kN·mm^-1）	18.04
		测量值2/（kN·mm^-1）	19.05
		均值/（kN·mm^-1）	18.55
		差值/%	5.60

结构	类别	参数	数值
WB-0.2-10	峰值	测量值1/kN	25.57
		测量值2/kN	25.76
		均值/kN	25.67
		差值/%	0.70
	刚度	测量值1/（kN·mm^-1）	18.69
		测量值2/（kN·mm^-1）	18.76
		均值/（kN·mm^-1）	18.73
		差值/%	0.40
WB-0.2-20	峰值	测量值2/kN	28.27
		测量值3/kN	27.88
		均值/kN	28.08
		差值/%	1.40
	刚度	测量值2/（kN·mm^-1）	21.83
		测量值3/（kN·mm^-1）	20.17
		均值/（kN·mm^-1）	21.00
		差值/%	8.20
WB-0.2-30	峰值	测量值2/kN	24.74
		测量值3/kN	24.82
		均值/kN	24.78
		差值/%	0.30
	刚度	测量值2/（kN·mm^-1）	19.48
		测量值3/（kN·mm^-1）	19.66
		均值/（kN·mm^-1）	19.57
		差值/%	0.90

含损伤吸波蜂窝结构力电性能修复与综合评价

Comprehensive evaluation of mechanical and electromagnetic repairability of damaged microwave-absorbing honeycomb structure

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结构	工艺参数	S_11-md/dB	f_vly/GHz	w/GHz
无损结构	无损	0	13.325	5.432
单面贴补	w_dj=10 mm	1.72	13.138	5.253
	w_dj=20 mm	4.47	12.696	4.896
	w_dj=30 mm	6.60	12.424	4.046
单面挖补	α=10	1.15	13.223	5.202
	α=20	1.91	13.138	5.015
	α=30	2.73	13.053	4.760

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[15]	雷凯, 吴敬涛, 邓文亮. 热力耦合作用下复合材料-金属连接结构力学性能分析[J]. 航空学报, 2025, 46(21): 532276-532276.

修理工况	d/mm	α	d₂ /mm
A	40	15	90
B	30	20	90
C	20	25	90