先进复合材料在飞机上的应用及其制造技术发展概述
发布时间：2021-01-26 07:04
总结了40多年来欧美国家执行的一系列推动复合材料在飞机上应用的发展计划,以及各个阶段具有代表性的军民用飞机的复合材料用量,对比分析了国内航空用复合材料的发展状况及各个时期国内军民用飞机的复合材料用量,概述了复合材料成型技术的发展趋势,介绍了复合材料自动化制造技术以及复合材料液体成型的低成本制造技术,提出了我国在新时期所面临的先进复合材料制造领域的机遇和挑战。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
C919项目飞机的中央翼试验件
另外,在新机预研方面,我国瞄准国际先进水平,提高复合材料的用量,如西飞公司在研的MA700新型支线客机,其尾翼、中机身等主承力部位均应用了复合材料加筋壁板结构;上飞公司与俄罗斯联合在研的CR929远程宽体客机复合材料用量更是突破50%,在主承力结构如机身机翼等将大量采用复合材料,这将极大地促进我国大型复合材料制件的制造水平,但同时也提出了更多的挑战。图2(a)为MA700的平尾加筋壁板,该壁板由1张蒙皮、6根“T”型长桁组成。零件最大直线长度为8636 mm,最大直线宽度为927 mm,最大厚度为3.3 mm,最小厚度为1.8 mm,而重量仅为35.26 kg。图2(b)为CR929的复合材料前机身桶段(15 m×6 m)。虽然我国在航空用复合材料制造技术方面取得了一定的发展,但由于我国基础研究的薄弱、材料技术的落后、工艺技术的不成熟以及工程应用验证的缺失,先进复合材料应用范围和比例远未达到国际同等水平,综合费效仍然较低。对于先进复合材料占结构质量分数达到50%的航空装备而言,全机主结构均应由先进复合材料构成,要实现这一目标,迫切需要颠覆渐进性发展思路,面向未来型号发展的需求,通过设计理念与方法、制备工艺、验证手段等多维度的创新与集成,创新结构概念,充分发挥先进复合材料的潜力。
要实现复合材料用量的突破,必须在机身、机翼等大型部件上实现复合材料的应用,大尺寸加筋壁板以其承载效率高、连接件数量少、结构重量轻等优势,成为飞机主承力结构件的主要结构形式[24]。靠传统的手糊成型、卡板定位、人工组装长桁工艺已难以满足大尺寸壁板的制造精度(型面、位置精度)要求,制造周期也较长,而自动铺带、自动铺丝技术、热隔膜成型以及蒙皮-长桁自动化组装等自动化制造技术,可以大幅缩短大尺寸加筋壁板的成型周期,提高制造精度。在这方面国外应用已比较成熟,例如A350XWB13/14段机身壁板(见图3)采用自动铺丝技术,壁板上约有130个不同尺寸的长桁,在20 m×3.5 m的壁板上对长桁进行定位,其定位精度达到±0.2 mm,装配一根18 m的长桁仅需12 min[25]。Mtorres公司生产的全复合材料机身壳体,采用模块化设计,以“碳环”为骨架,采用自动铺带技术铺放蒙皮,最后真空灌注树脂并在烘箱中固化成型,实现了框架与蒙皮、机头机身和机尾的整体成型,基本没有铆钉和其他紧固件连接,从而使得机身重量降低约30%,整个机身的制造过程实现了高度的自动化,并且采用干带铺放、真空注胶的工艺节约了成本。图4为该机身的生产过程及机身段成品图。图4 Mtorres全复合材料机身生产过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]法向增强预制体/酚醛扩张段RTM制备技术研究[J]. 赵文斌,田谋锋,姚亚琳,王静. 玻璃钢/复合材料. 2019(03)
[2]大型复合材料加筋壁板自动化制造技术研究[J]. 马刚,张晓哲,唐文峰. 航空制造技术. 2018(14)
[3]基于PAM-RTM软件仿真的RTM工艺复合材料前边条流道设计研究[J]. 李延平,郭鹏亮,苏亮,万建平,殷俊,辛洪南. 教练机. 2018(02)
[4]C919:开启大飞机新时代[J]. 颜维琦. 中国品牌. 2016(08)
[5]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[6]国外飞机先进复合材料技术[J]. 刘善国. 航空制造技术. 2014(19)
[7]复合材料在民用航空飞机中的应用[J]. 吴晓春. 科技资讯. 2014(17)
[8]自动铺带技术在航空复合材料制造领域的应用[J]. 郑广强,吴文贵. 航空制造技术. 2013(15)
[9]复合材料在A400M军用运输机上的应用[J]. 陈吉平,苏佳智,郑义珠,段跃新. 航空制造技术. 2013(15)
[10]典型复合材料在民用飞机中的应用概述[J]. 刘传生. 现代企业教育. 2013(14)
硕士论文
[1]我国大型民用飞机产业发展战略研究[D]. 张辉.上海交通大学 2008
本文编号：3000687
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
C919项目飞机的中央翼试验件
另外,在新机预研方面,我国瞄准国际先进水平,提高复合材料的用量,如西飞公司在研的MA700新型支线客机,其尾翼、中机身等主承力部位均应用了复合材料加筋壁板结构;上飞公司与俄罗斯联合在研的CR929远程宽体客机复合材料用量更是突破50%,在主承力结构如机身机翼等将大量采用复合材料,这将极大地促进我国大型复合材料制件的制造水平,但同时也提出了更多的挑战。图2(a)为MA700的平尾加筋壁板,该壁板由1张蒙皮、6根“T”型长桁组成。零件最大直线长度为8636 mm,最大直线宽度为927 mm,最大厚度为3.3 mm,最小厚度为1.8 mm,而重量仅为35.26 kg。图2(b)为CR929的复合材料前机身桶段(15 m×6 m)。虽然我国在航空用复合材料制造技术方面取得了一定的发展,但由于我国基础研究的薄弱、材料技术的落后、工艺技术的不成熟以及工程应用验证的缺失,先进复合材料应用范围和比例远未达到国际同等水平,综合费效仍然较低。对于先进复合材料占结构质量分数达到50%的航空装备而言,全机主结构均应由先进复合材料构成,要实现这一目标,迫切需要颠覆渐进性发展思路,面向未来型号发展的需求,通过设计理念与方法、制备工艺、验证手段等多维度的创新与集成,创新结构概念,充分发挥先进复合材料的潜力。
要实现复合材料用量的突破,必须在机身、机翼等大型部件上实现复合材料的应用,大尺寸加筋壁板以其承载效率高、连接件数量少、结构重量轻等优势,成为飞机主承力结构件的主要结构形式[24]。靠传统的手糊成型、卡板定位、人工组装长桁工艺已难以满足大尺寸壁板的制造精度(型面、位置精度)要求,制造周期也较长,而自动铺带、自动铺丝技术、热隔膜成型以及蒙皮-长桁自动化组装等自动化制造技术,可以大幅缩短大尺寸加筋壁板的成型周期,提高制造精度。在这方面国外应用已比较成熟,例如A350XWB13/14段机身壁板(见图3)采用自动铺丝技术,壁板上约有130个不同尺寸的长桁,在20 m×3.5 m的壁板上对长桁进行定位,其定位精度达到±0.2 mm,装配一根18 m的长桁仅需12 min[25]。Mtorres公司生产的全复合材料机身壳体,采用模块化设计,以“碳环”为骨架,采用自动铺带技术铺放蒙皮,最后真空灌注树脂并在烘箱中固化成型,实现了框架与蒙皮、机头机身和机尾的整体成型,基本没有铆钉和其他紧固件连接,从而使得机身重量降低约30%,整个机身的制造过程实现了高度的自动化,并且采用干带铺放、真空注胶的工艺节约了成本。图4为该机身的生产过程及机身段成品图。图4 Mtorres全复合材料机身生产过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]法向增强预制体/酚醛扩张段RTM制备技术研究[J]. 赵文斌,田谋锋,姚亚琳,王静. 玻璃钢/复合材料. 2019(03)
[2]大型复合材料加筋壁板自动化制造技术研究[J]. 马刚,张晓哲,唐文峰. 航空制造技术. 2018(14)
[3]基于PAM-RTM软件仿真的RTM工艺复合材料前边条流道设计研究[J]. 李延平,郭鹏亮,苏亮,万建平,殷俊,辛洪南. 教练机. 2018(02)
[4]C919:开启大飞机新时代[J]. 颜维琦. 中国品牌. 2016(08)
[5]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[6]国外飞机先进复合材料技术[J]. 刘善国. 航空制造技术. 2014(19)
[7]复合材料在民用航空飞机中的应用[J]. 吴晓春. 科技资讯. 2014(17)
[8]自动铺带技术在航空复合材料制造领域的应用[J]. 郑广强,吴文贵. 航空制造技术. 2013(15)
[9]复合材料在A400M军用运输机上的应用[J]. 陈吉平,苏佳智,郑义珠,段跃新. 航空制造技术. 2013(15)
[10]典型复合材料在民用飞机中的应用概述[J]. 刘传生. 现代企业教育. 2013(14)
硕士论文
[1]我国大型民用飞机产业发展战略研究[D]. 张辉.上海交通大学 2008
本文编号：3000687
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