1. 夹层结构
在飞机设计中，设计者最大的挑战是要求设计的部件尽可能轻而不损失强度。这就要求薄壁结构设计成在拉伸、压缩和剪切载荷的联合作用下保持稳定。过去，一些领域仍沿用传统的飞机结构设计方法。长桁架和加强筋/框架用于形成纵向和横向加强件，以提高板的稳定性。事实上，一些二级结构也可以设计成夹层结构，以满足强度和刚度的要求。夹层结构通常采用蜂窝或泡沫芯材。

对于结构高度较大的翼型结构，采用夹层结构代替蜂窝板的蒙皮板（尤其是上翼型板）可以显着减轻重量。对于结构高度较小的翼型结构（尤其是控制面），全高度夹层结构代替梁肋结构也能带来显着的减重效果。夹层结构最大的优点是具有更大的抗弯刚度和强度。

飞机的复合夹芯结构通常采用先进的复合材料作为面板，夹芯采用轻质材料。夹层结构的抗弯刚度性能主要取决于面板的性能和两层面板之间的高度。高度越大，抗弯刚度越大。夹芯结构的夹芯芯主要承受剪应力，在不失去稳定性的情况下支撑面板。通常这种结构的剪力很小。选择轻质材料作为夹芯芯可以大大减轻部件的重量。此外，使用夹层结构的经验也表明，在从成本方面评估夹层结构时，不仅要考虑制造成本，

2.加强条结构
加强筋的使用也是加强薄壁碳纤维/环氧板最有效的方法，如发动机进气口或机舱的侧板、机翼蒙皮和尾梁等。加强筋的使用能最有效地提高结构的刚度和稳定性。

3、泡沫填充A型肋结构
美国NASA和欧洲空客在多年使用夹层结构和加筋条的基础上，最近提出了一种泡沫填充加筋条结构，最大限度地优化了结构设计和制造工艺范围，如 AIRBUS A380 密闭舱的球形框架等。

PMI泡沫：PMI（Polymethacrylimide，聚甲基丙烯酰亚胺）泡沫经过适当的高温处理后，可以承受高温复合材料固化工艺要求，这使得PMI泡沫广泛应用于航空领域。中密度PMI泡沫具有良好的抗压蠕变性能，可在120oC-180oC的温度和0.3-0.5MPa的压力下进行高压灭菌。PMI泡沫可以满足通常预浸料固化工艺的蠕变性能要求，可以实现夹层结构的共固化。作为航空航天材料，PMI泡沫是一种均匀的硬质闭孔泡沫，孔径基本相同。PMI 泡沫也可以满足 FST 要求。与 NOMEX® 蜂窝夹层结构相比，泡沫夹层结构的另一个特点是它的防潮性能要好得多。因为泡沫是闭孔的，水分和湿气很难进入夹层芯。虽然 NOMEX® 蜂窝夹层结构也可以共固化，但会降低复合板的强度。为了避免共固化过程中芯材塌陷或侧移，固化压力通常为0.28-0.35 MPa，而不是通常层压板的0.69 MPa。这将导致复合板的孔隙率更高。此外，由于蜂窝结构的孔径较大，蒙皮仅支撑在蜂窝壁处，这会导致纤维弯曲，降低复合蒙皮层压板的强度。为了避免共固化过程中芯材塌陷或侧移，固化压力通常为0.28-0.35 MPa，而不是通常层压板的0.69 MPa。这将导致复合板的孔隙率更高。此外，由于蜂窝结构的孔径较大，蒙皮仅支撑在蜂窝壁处，这会导致纤维弯曲，降低复合蒙皮层压板的强度。为了避免共固化过程中芯材塌陷或侧移，固化压力通常为0.28-0.35 MPa，而不是通常层压板的0.69 MPa。这将导致复合板的孔隙率更高。此外，由于蜂窝结构的孔径较大，蒙皮仅支撑在蜂窝壁处，这会导致纤维弯曲，降低复合蒙皮层压板的强度。

基于蜂窝和泡沫芯材的比较，通常选择泡沫材料作为A型筋结构的填充芯材。用作芯模时，用作A型筋的结构芯材。，也是一种工艺辅助材料。

PMI泡沫已成功用作各种飞机结构中的夹层结构泡沫芯材。最突出的应用之一是波音 MD 11 飞机后部的发动机进气侧面板。泡沫的CNC精密加工和热成型大大降低了铺设成本。高性能PMI泡沫芯材在固化过程中具有良好的抗压、抗蠕变性，使板材密实，表面不平整。与蜂窝芯相比，PMI泡沫的各向同性孔结构也能满足高压釜固化过程中侧压下尺寸稳定性的要求。与蜂窝结构不同，它不需要填充泡沫。此外，泡沫可以将高压釜的压力均匀地传递到泡沫下方的面板层上，使其致密，没有压痕等​​表面缺陷。泡沫填充的A型加筋条结构可应用于雷达发射面、机舱壁、机身蒙皮、垂直稳定器等部件。

4.泡沫填充最新应用加筋条结构
泡沫填充加强筋是空客A340和A340-600后压框架结构的最新应用。到目前为止，近 1,700 架由 CNC 热成型和加工的 ROHACELL® 71 WF-HT 已交付到汉堡附近的空中客车体育场工厂，供 A340 使用。在铺层和固化过程中，形成的泡沫充当芯模。在固化过程中，PMI泡沫具有良好的抗压缩蠕变性和尺寸稳定性，因此在180oC、0.35MPa、2小时的固化条件下，采用夹层结构共固化工艺，降低成本。PMI泡沫可以保证肋条周围的预浸料完全压实，可以很好地替代充气气囊工装，避免使用充气气囊等需要多次固化的一系列问题。迄今为止，已成功制造170多个后压架，无废品。这也证明了PMI泡沫增强条工艺的可靠性和可行性。

在新A340后压架采用PMI泡沫填充肋结构的成功基础上，A380后压架也采用了这项技术。A380结构中，泡沫筋长2.5m，几何形状相对复杂一些。PMI泡沫加工和热成型更容易，这也是泡沫填充肋设计实现的关键。目前，已经有200块加工过的泡沫肋骨被运送到空中客车体育场工厂，供空中客车A 380使用。

5.泡沫填充A加筋条结构
的结构分析下面的例子讨论了PMI泡沫芯材在A型肋应用中实现成本和重量优化并满足双重要求的可行性。这里要讨论的是，泡沫芯材不仅可以在铺设和固化过程中作为芯模，还可以在加强筋中起到一定的结构作用。由于泡沫的高抗压强度，可以提高结构的稳定性，减少夹层结构中的预浸料层，达到减重的目的。

在弯曲和轴向压力的作用下，薄壁复合结构经常发生稳定破坏。在材料达到抗压破坏强度之前，受压部位总是发生失稳破坏。一种非常成熟有效的方法是将加强筋与壳体结构粘接，以提高壳体结构的抗失稳能力。中空A型肋结构的侧壁和凸边容易失稳，导致结构过早失效。

与空心A型筋相比，PMI泡沫填充筋中，泡沫芯材不仅在制造过程中起到芯模的作用，还作为提高抗失稳性能的结构材料；之前，保持结构的形状和强度。将泡沫填充 A 增强条的平面内抗压强度与空心增强条的平面内抗压强度进行比较。当结构发生初始失稳时，失稳荷载增加约100%。芯材主要承受垂直于加强筋侧面的拉压应力，以避免碳纤维/环氧复合板在达到其屈服强度之前结构过早失效。

6、结论
使用PMI泡沫芯材可以作为芯模制造A型筋，可以大大降低铺设和固化构件的成本。预浸料可以很容易地铺在泡沫芯模上。PMI泡沫的各向同性空隙结构和高压釜固化周期中良好的抗压缩和抗蠕变性使一步共固化过程得以实现。我们还可以得出结论，使用填充A形加强筋的PMI泡沫可以显着提高薄壁碳纤维/环氧结构的抗失稳性能。加劲肋的使用可使屈服破坏强度提高30%左右，失稳破坏强度提高100%左右。