RTM碳复合材料中心铰链接头在商用喷气式飞机扰流板组件中可承受20吨的空气载荷。

飞机在着陆过程中，扰流板（位于机翼顶部，向下延伸的襟翼前方）向上铰接，最大角度为50°，以辅助制动。

FACC金属衬套和轴承安装在接头凸耳中。

FACC原始的金属中心铰链接头（左上）很重，在不可接受的交付周期内自行生产，并用金属紧固件手动连接到扰流板组件（右上）。复材铰链接头（左下）由Cytec制造的预成型件RTM成型，然后在热压罐中与复材扰流板组件叠层并共固化（结果见右下）。

步骤1

CytecCenter铰链接头的生产始于PRIFORM织物的织造，其中6K碳纤维和热塑性纱线在织物织造的经纱和纬纱中交替出现。

步骤2

3D预成型件的CytecComponents由PRIFORM织物（a/b）构建，并连接形成最终的四凸耳中心铰链接头配置（c）。

步骤3

Cytec铰链配件是通过树脂传递模塑（RTM）成型的。将低粘度的Cycom 977-20环氧树脂（不含增韧剂）注入PRIFORM预成型件中。在高温下，PRIFORM织物中的热塑性纱线熔化并分散到环氧树脂中，成为基体中的增韧剂。固化部分如图所示，准备与扰流板组装。

步骤4

FACCCycom 977-2增韧环氧预浸料在开放式模具中铺设，以构建扰流板的外壳（复合材料顶部组件）。蒙皮上覆盖着一层Cytec的FM300胶膜（照片中的绿色材料，标记为中心铰链安装位置）。

步骤5

FACC预制的中心铰链接头放置在上部蒙皮/粘合膜上。添加蜂窝芯和底部蒙皮预浸料层，封装配件

步骤6

FACC接头和扰流板在热压罐中共固化，然后脱模，铰链凸耳经过精密加工（如图所示）达到公差。

步骤8

FACC网状共固化结构在运往空客之前涂上了聚氨酯涂层。

复材扰流板

CytecFACC为空客330-300和空客340-500/600飞机提供的新型复合扰流板/中心铰链接头组件节省了大量生产时间和费用。

航空航天复合材料制造商Fischer Advanced Composite Components AG（FACC）正在为飞机制造商空中客车工业公司的A330-300和A340-500/600商用飞机制造创新的新型扰流板组件。直到最近，总部位于奥地利里德的FACC还用复合材料制造了扰流板，但使用了模锻、热处理的铝制中心铰链接头将扰流板连接到机翼上。FACC研发和工艺工程负责人伊丽莎白·拉德斯泰特（Elisabeth Ladstaetter）表示，虽然铝接头符合设计规范，但它是从金属供应商那里采购的，价格高昂，交付周期长得令人无法接受。

两年前，FACC开始寻找铝接头的替代品，并与Cytec Engineered Materials（亚利桑那州坦佩）建立了非常成功的技术合作关系，工程师们定制了一种以前开发的技术，用于FACC的扰流板/中心铰链接头组件。该接头是通过一种独特的预成型概念实现的，该概念降低了成本、重量和制造时间，满足了所有设计允许的要求，并最终获得了空中客车的飞行认证和验收。其结果是通过树脂传递模塑（RTM）制成的复合材料中心铰链接头，然后可以在热压罐中与扰流板整体共固化。

FACC成立于1989年，旨在开发和生产复合材料飞机组件，是Fischer Ski Tennis GmbH的子公司。该公司在航空航天系统的设计和制造方面享有盛誉，每年向包括空客、波音公司、庞巴迪、劳斯莱斯、Spirit、Alenia、Goodrich和其他知名航空航天公司在内的客户群交付价值2亿美元的复合材料产品。即便如此，设计一个碳复合材料扰流板总成，该总成将包含一个复合材料中心铰链接头，减轻重量，同时仍然满足机械设计允许的要求，这带来了重大挑战。

让不可能成为可能

拉德斯泰特定义了团队面临的主要挑战：首先，为接头的复杂配置设计一个预成型件，以满足性能规格并成功制造；第二，将铰链配件集成并粘合到扰流板组件中。

为了在严重的空气载荷下保持将扰流板牢牢固定到位所需的强度，即使在安装前被工具或其他硬物意外撞击，高载荷的铰链接头也必须保持其机械性能，包括压缩强度。Cytec欧洲产品开发经理卡梅罗·洛法鲁（Carmelo Lo Faro）表示，冲击后抗压强度（CSAI-compression strength after impact ）的高损伤容限是一个主要挑战。他指出，中心铰链接头的强度和复杂结构的零件不容易用标准方法制造。

通常，预浸渍碳纤维织物的悬垂性不足以形成T形和L形接头以及铰链接头设计的双曲面。由于干织物的高悬垂性，使用干织物进行液体模塑工艺可以解决这个问题。然而，高粘度增韧环氧树脂不能用于具有干增强材料的注射或输液过程；必须用粘度较低、未增韧的树脂代替增韧系统，以便充分流动和润湿复杂的预成型件。然而，在这种情况下，洛法鲁警告说：“未增韧的树脂不仅不符合CSAI要求，而且由于其脆性，沿着高应力接头和其他零件弯曲的树脂堆积会在受内应力的区域造成严重的微裂纹。”

在预成型体中加入增韧剂

幸运的是，Cytec已经开发出一种注册商标为PRIFORM的专利预成型技术，该技术被证明是金属中心铰链接头的替代品。这种干式预成型方法的一个关键特征是在预成型件中加入增韧剂，而不是树脂。目前用于Cytec的Cycom 977-2预浸料树脂系统的热塑性增韧剂被纺成纤维，然后与碳或其他增强纤维结合成织造或非卷曲的多轴织物。洛法鲁强调，“纺丝过程不会导致聚合物发生任何化学变化。”热塑性纤维不仅为零件带来了增韧性能，还充当了粘合剂，因此不需要其他粘合剂系统来稳定干燥的预成型件。

然后，可悬垂的干织物可以很容易地形成复杂的预成型结构，并使用未增韧、粘度降低的Cycom 977-2版本（称为Cycom 977-20）进行RTM加工。在RTM过程中加热时，热塑性纤维熔化并流动，与树脂混合。其结果是轻质、薄壁、碳纤维/增韧环氧树脂复合材料零件。

洛法鲁描述了PRIFORM的重量强度优势：“在大多数情况下，特别是对于薄结构，允许的主要设计是CSAI。CSAI是真正能增加厚度并抵消重量节省的设计。增韧的PRIFORM材料可以通过满足CSAI要求来节省大量重量。”

复合材料性能

复材扰流板组件分三个阶段构建：1）中心铰链接头的RTM制造；2） 扰流板本身的预浸料结构；以及3）对扰流板和中心铰链接头进行热压罐固化。

Cytec制造铰链预成型件，将热塑性增韧聚合物纺成长丝，然后用日本东邦（Toho Tenax）的6K碳纤维编织，形成面积重量为370g/m²的5束缎纹织物。该织物在Cytec位于德克萨斯州格林维尔的工厂织造，然后运往该公司位于英国雷克瑟姆的工厂，在那里，在低温下热成型为三维近净预成型件，使可溶性纤维软化，但不允许它们流入织物中。该过程类似于塑料热成型；加热的PRIFORM预成型件在Cytec设计和制造的金属模具上成形，该模具与成品零件的轮廓和厚度非常接近。

Cytec将成品预成型件运送给FACC分包商Kuvag-GesmbH工程产品集团（奥地利纽马克特）进行RTM加工。Kuvag将预成型件装入涂有Chemlease 4190（Chem Trend，Howell，Michigan）的匹配钢模具中，并在初始温度过低（140°F/60°C至194°F/90°C之间）下注入低粘度的Cycom 977-20树脂，以溶解增韧纤维。这确保了在树脂出口关闭之前，材料不会随着流动前沿被带走。当热量增加到284°F/140°C时，纤维会迅速溶解，在零件在约355°F/180°C固化之前，增韧剂会扩散到环氧树脂中。

成品铰链接头被运送到FACC，在那里它们被整合到扰流板的碳复合材料夹层结构中。扰流板组件被放置在一个凹形工具中，该工具涂有汉高公司（密歇根州麦迪逊市）的Frekote水基脱模剂。扰流板的预浸料蒙皮由Cytec的Cycom 977-2的标准增韧版本与Toho的HTA碳纤维制成，以2x2斜纹编织（2x2斜纹由两根经纱在两根填充纱上和下编织而成，比平纹织物更柔软，平纹织物的每根经纱都织在每根填充纱上）。上蒙皮和下蒙皮之间包裹着一个Nomex蜂窝芯。Nomex由Hexcel（加利福尼亚州都柏林）生产，由Euro Composites（卢森堡埃希特纳赫和弗吉尼亚州埃尔克伍德）供应给FACC。

三明治封装了RTM的中心铰链接头。首先铺上外蒙皮预浸料层。然后，RTM接头与预浸料层共同粘合，形成前翼梁组件，该组件内置于复合材料顶部组件中。接头、蜂窝芯和内皮层按此顺序添加。然后将组件在350°F/177°C的热压罐中共固化。

脱模后，对零件进行精密加工，以去除飞边并细化其轮廓，然后钻孔以连接边缘接头。（由于它们只看到最小的负载，而且比RTM零件便宜，因此边缘接头是标准的铝板金属凸耳。）

钢衬套和轴承安装在中心铰链装配凸耳中，作为最后一步，在扰流板运往空客进行飞机组装之前，整个组件用PRC DeSoto International（加利福尼亚州格伦代尔）生产的聚氨酯涂层密封。

空中客车公司通过将螺栓滑动穿过凸耳上的轴承，并将扰流板连接到执行器上，从而在襟翼前方安装扰流板，执行器可以升高和降低扰流板主体的运动。

当前的飞行计划和未来愿景

轻质碳复合材料中心铰链接头由FACC设计，可承受扰流板组件上20吨的空气载荷。新的扰流板系统已安装在一架A340-600飞机上进行飞行测试，目前有20套扰流板正在生产中。每个机翼携带六个扰流板。新组件为空客节省了每套25%的重量，并节省了FACC数月的交付周期、等待金属配件的时间，以及将它们连接到扰流板上的组装时间。拉德斯泰特解释说：“我们现在可以自己生产中心铰链接头，我们不依赖于供应铝部件的金属供应商。”他补充说，FACC正在考虑“为未来的航空航天应用开发扰流板，将改进现有技术，进一步减轻重量，提高性能。”

Cytec将PRIFORM设想为其他高CSAI、薄皮主要结构的钢化零件RTM的使能技术，厚度约为1毫米至6毫米（约0.04英寸至0.24英寸），特别是飞机机身蒙皮、机身框架、后压力舱壁、机翼前缘、襟翼和起落架门。洛法鲁指出，PRIFORM热塑性塑料是一种芳香族聚合物，本质上具有阻燃性。因此，预成型材料可以满足飞机内部的防火、防烟和毒性要求。

该合作项目的成功表明，当材料供应商与零件制造商密切合作时，可以开发和实施重大的M&P技术进步。Cytec的洛法鲁d表示：“与FACC在这个项目上的合作改变了我们开展业务的方式。”。“对我们来说，了解更多关于客户如何工作和设计零件的信息非常重要。得益于这一经验，我们现在有一个应用工程师团队，与客户密切合作，了解他们的设计要求，并帮助他们使用我们的材料制造零件。”

感言

本文介绍的是快20年前的技术。时至今日，民机复材扰流板与它大不相同。下图是A320新扰流板。新扰流板的上下蒙皮和梁是一个共固化的整体。它不用蜂窝夹芯，也不用专门的后边条。

原文见，《Composite spoilers brake Airbus for landing 》2006.7.1