飞机复材看重整体结构技术

      如今，国外高性能碳纤维和高韧性树脂的发展以及复合材料的成形方法和自动化制造技术的发展，促进了大型飞机复合材料结构的广泛应用。
　　先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、工艺性好，尤其是具有容易制造大型整体结构的优点，因此复合材料受到飞机结构设计师的青睐，而且飞机整体复合材料结构技术成为了发展的重要方向。
　　高性能复材遍布整个机体
　　高性能碳纤维及高韧性树脂复合材料的出现，使复合材料在飞机结构上的应用已由原先的次承力结构发展到机翼、机身等主承力结构。国外民机主结构在选材上采用了由T800或相当于T800的高强中模碳纤维与高温固化高韧性环氧树脂复合的高韧性复合材料，以满足复合材料主结构的设计损伤容限要求。美国军机主结构在选材上采用了由IM7高强中模碳纤维与高温固化高韧性环氧树脂复合的高韧性复合材料，以满足复合材料主结构的设计损伤容限要求。
　　先进飞机为获得好的战技性能和经济效益，在结构设计中除满足传力、承力等功能和维护使用等要求外，还不断追求高减重、低成本和长寿命的目标，因此各代飞机设计中，结构的整体化得到了大幅提升：将十几个零件甚至几十个零件集成为尺寸从十几米到几十米的整体结构，尽量减少由于连接所付出的重量、连接所引起的应力集中以及众多中小零件制造、装配所需的工时和工装，以降低成本。因此复合材料整体化结构已成为新一代飞机结构的发展方向。
　　筋条蒙皮胶接固化铸就壁板成型
　　大型飞机复合材料机翼壁板的固化成形方式考虑到经济性和质量可靠性一般采用筋条和蒙皮进行胶接共固化。如空客A350WB复合材料机翼采用“T”型加筋壁板，波音787复合材料机翼采用“工”字型加筋壁板。这类大型复合材料蒙皮铺层采用自动铺带技术；长桁组装采用精确的定位技术；固化模具结构设计，重点考虑温度场的均匀性及热膨胀的影响，模具材料一般殷瓦钢。
　　带工字形墙的多墙盒段的成形固化工艺。带工字形墙的多墙盒段的成型可采用整体共固化工艺、胶接共固化工艺、胶接工艺及其工艺组合。铺层单元的划分和芯模设计除考虑铺层的可行性、装卸方便、固化过程施压均匀外还应满足成形后结构筋条顶部外形的协调性和尺寸的精准。共固化或胶接时上下模合模及芯模位置控制是固化或胶接质量及外形精度的重要保证。
　　带π筋条的多墙盒段的成型固化工艺。带|D筋条的蒙皮壁板和复合材料墙分别进行共固化成形后，在两块壁板|D结构内涂上糊状胶，与墙先后组装，再固化成型。该方案模具设计和装配工装设计关键技术是保证上下壁板-筋条位置的精确对应。所采用的胶黏剂的流动性及固化温度有特定要求。该方法可以用于平尾、垂尾结构或机身壁板等结构。
　　高效自动化体现佳性价比
　　国外采用的自动化制造技术主要有自动铺带、丝束自动铺放等技术，是大型复合材料壁板及复合材料机身筒体制造的唯一手段，此外这些高效自动化技术显著提高了复合材料生产效率和制件内部质量，降低了成本，使复合材料性能优化和低成本并存成为可能。
　　自动铺带技术。自动铺带技术用于大尺寸中小曲率的壁板构件的铺层，与手工铺放相比，质量稳定，制造成本降低30%~50%，并可成型超大尺寸复合材料制件。在自动铺带机上实现预浸带裁剪、定位、铺叠、辊压等工序连续自动完成。
　　此项技术在欧美已经成熟，铺带机机械系统、CAD/CAM软件、铺放工艺技术大规模应用于航空复合材料结构件的制造。如B1、B2轰炸机的机翼蒙皮，NavyA6轰炸机机翼蒙皮，F-22战斗机机翼蒙皮，波音777飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮，A400M机翼蒙皮和机翼大梁等均采用了自动铺带技术制造。
　　自动丝束铺放技术。自动铺丝技术是在自动铺带技术和纤维缠绕技术的基础上发展起来的新技术，自动铺丝技术可实现复杂形状整体结构件三维轨迹的连续丝束铺放，并根据运行轨迹当地的铺覆宽度自适应地调整丝束宽度，实现带凸面、凹面及台阶、变厚、拐角等复杂内型曲面结构的铺放。