美國海軍研究室約翰教授領(lǐng)導(dǎo)的項目團(tuán)隊發(fā)明了一種機器人，可用于拉伸、彎曲及扭轉(zhuǎn)用于F/A-18和其他飛機的復(fù)合材料樣品。

 

　　隨著私人企業(yè)和軍方繼續(xù)尋求先進(jìn)復(fù)合材料用于航空和其他領(lǐng)域，海軍研究實驗室開發(fā)的機器人將有助于加速飛機從出廠到實際作戰(zhàn)使用的過程。與傳統(tǒng)上只考慮單一載荷的情況相反，為了準(zhǔn)確表征材料性能，約翰教授認(rèn)為需要掌握復(fù)合材料在各種可能負(fù)載下的性能，而目前還沒有任何技術(shù)能做到這點。因此，約翰教授帶領(lǐng)團(tuán)隊發(fā)明了NRL66.3機器人，該機器人在六個自由度上對樣品施加載荷，能對材料進(jìn)行72種拉伸、彎曲和旋轉(zhuǎn)的組合操作。NRL66.3機器人是全自動的，在其他兩個機器人的協(xié)助下，它將對每個樣品施加載荷直至其斷裂，并用配備有四個照相機的顯示系統(tǒng)實時記錄材料的狀態(tài)。其實，在過去20年，約翰教授的團(tuán)隊已經(jīng)利用其它的機器人對150多種材料體系進(jìn)行了測試，從而建立了一個豐富的數(shù)據(jù)庫。2008年-2012年，該團(tuán)隊為澳大利亞的先進(jìn)復(fù)合材料合作中心進(jìn)行了多次樣品的測試。MIT在海軍研究署的支持下也參與了其中的工作。約翰教授表示，我們曾在12天內(nèi)對1152個樣品進(jìn)行了測試，這是前所未有的。

 

　　約翰教授稱：此次開發(fā)機器人能比人類進(jìn)行更多的測試，利用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法能創(chuàng)造一種與我們所做的試驗結(jié)果完全相符的理論模型，因而能預(yù)測用于大型結(jié)構(gòu)的材料的性能。在他的實驗室，我們發(fā)現(xiàn)行了行李箱大小的材料，它是一種先進(jìn)復(fù)合材料樣品，由碳纖維增強的樹脂基復(fù)合材料組成，具有輕質(zhì)高強的特點，用于F/A-18早期版本的蒙皮。 目前約翰教授的團(tuán)隊致力于充分利用計算機預(yù)測復(fù)合材料用在機翼上的性能。

 

　　F/A-18”大黃蜂”1978年成為美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的第一型攻擊戰(zhàn)斗機，現(xiàn)役飛機已處于壽命中期，普遍服役22-23年之久。隨著F/A-18超壽期服役，逐漸出現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力造成的裂紋和機翼復(fù)合材料蒙皮變形等問題，工程師們已經(jīng)做了大量分析以開展維修工作。約翰教授稱，因此需要研究一種新的材料解決該問題，但問題是需要對新材料進(jìn)行驗證，以確保其性能可比擬甚至超過之前的材料。

 

　　目前，國防部沿襲了1999年的“基礎(chǔ)材料方法”，詳見復(fù)合材料手冊-MIL 17 。該方法開始是進(jìn)行纖維和基體材料的檢測，然后逐漸復(fù)雜，最后需要開展子部件結(jié)構(gòu)甚至更高結(jié)構(gòu)形式的檢測，這種方法耗時且價格高昂，約翰教授稱，為了確保該材料能用于F/A-18，需要花費18年且耗費13000個試樣。這意味著工程師們必須開展多種尺寸的樣品的測試，因為目前缺少一種能將不同尺寸樣品的性能聯(lián)系起來的理論。有了該機器人，約翰教授的實驗室已對上千個類似樣品進(jìn)行了測試，從而能回答“性能表現(xiàn)如何、用于結(jié)構(gòu)部件時能承受多大的載荷”等問題。