飛機復材看重整體結構技術

      如今，國外高性能碳纖維和高韌性樹脂的發展以及復合材料的成形方法和自動化制造技術的發展，促進了大型飛機復合材料結構的廣泛應用。
　　先進復合材料具有輕質、高強度、高模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設計、工藝性好，尤其是具有容易制造大型整體結構的優點，因此復合材料受到飛機結構設計師的青睞，而且飛機整體復合材料結構技術成為了發展的重要方向。
　　高性能復材遍布整個機體
　　高性能碳纖維及高韌性樹脂復合材料的出現，使復合材料在飛機結構上的應用已由原先的次承力結構發展到機翼、機身等主承力結構。國外民機主結構在選材上采用了由T800或相當于T800的高強中模碳纖維與高溫固化高韌性環氧樹脂復合的高韌性復合材料，以滿足復合材料主結構的設計損傷容限要求。美國軍機主結構在選材上采用了由IM7高強中模碳纖維與高溫固化高韌性環氧樹脂復合的高韌性復合材料，以滿足復合材料主結構的設計損傷容限要求。
　　先進飛機為獲得好的戰技性能和經濟效益，在結構設計中除滿足傳力、承力等功能和維護使用等要求外，還不斷追求高減重、低成本和長壽命的目標，因此各代飛機設計中，結構的整體化得到了大幅提升：將十幾個零件甚至幾十個零件集成為尺寸從十幾米到幾十米的整體結構，盡量減少由于連接所付出的重量、連接所引起的應力集中以及眾多中小零件制造、裝配所需的工時和工裝，以降低成本。因此復合材料整體化結構已成為新一代飛機結構的發展方向。
　　筋條蒙皮膠接固化鑄就壁板成型
　　大型飛機復合材料機翼壁板的固化成形方式考慮到經濟性和質量可靠性一般采用筋條和蒙皮進行膠接共固化。如空客A350WB復合材料機翼采用“T”型加筋壁板，波音787復合材料機翼采用“工”字型加筋壁板。這類大型復合材料蒙皮鋪層采用自動鋪帶技術；長桁組裝采用精確的定位技術；固化模具結構設計，重點考慮溫度場的均勻性及熱膨脹的影響，模具材料一般殷瓦鋼。
　　帶工字形墻的多墻盒段的成形固化工藝。帶工字形墻的多墻盒段的成型可采用整體共固化工藝、膠接共固化工藝、膠接工藝及其工藝組合。鋪層單元的劃分和芯模設計除考慮鋪層的可行性、裝卸方便、固化過程施壓均勻外還應滿足成形后結構筋條頂部外形的協調性和尺寸的精準。共固化或膠接時上下模合模及芯模位置控制是固化或膠接質量及外形精度的重要保證。
　　帶π筋條的多墻盒段的成型固化工藝。帶|D筋條的蒙皮壁板和復合材料墻分別進行共固化成形后，在兩塊壁板|D結構內涂上糊狀膠，與墻先后組裝，再固化成型。該方案模具設計和裝配工裝設計關鍵技術是保證上下壁板-筋條位置的精確對應。所采用的膠黏劑的流動性及固化溫度有特定要求。該方法可以用于平尾、垂尾結構或機身壁板等結構。
　　高效自動化體現佳性價比
　　國外采用的自動化制造技術主要有自動鋪帶、絲束自動鋪放等技術，是大型復合材料壁板及復合材料機身筒體制造的唯一手段，此外這些高效自動化技術顯著提高了復合材料生產效率和制件內部質量，降低了成本，使復合材料性能優化和低成本并存成為可能。
　　自動鋪帶技術。自動鋪帶技術用于大尺寸中小曲率的壁板構件的鋪層，與手工鋪放相比，質量穩定，制造成本降低30%~50%，并可成型超大尺寸復合材料制件。在自動鋪帶機上實現預浸帶裁剪、定位、鋪疊、輥壓等工序連續自動完成。
　　此項技術在歐美已經成熟，鋪帶機機械系統、CAD/CAM軟件、鋪放工藝技術大規模應用于航空復合材料結構件的制造。如B1、B2轟炸機的機翼蒙皮，NavyA6轟炸機機翼蒙皮，F-22戰斗機機翼蒙皮，波音777飛機機翼、水平和垂直安定面蒙皮，A400M機翼蒙皮和機翼大梁等均采用了自動鋪帶技術制造。
　　自動絲束鋪放技術。自動鋪絲技術是在自動鋪帶技術和纖維纏繞技術的基礎上發展起來的新技術，自動鋪絲技術可實現復雜形狀整體結構件三維軌跡的連續絲束鋪放，并根據運行軌跡當地的鋪覆寬度自適應地調整絲束寬度，實現帶凸面、凹面及臺階、變厚、拐角等復雜內型曲面結構的鋪放。