近年来，借助自动导线敷设和胶带敷设技术和设备，大型复合材料零件已实现低成本生产，显示出比金属零件更好的性价比，并在大型飞机零件生产中替代了金属材料。

但是，对于军用飞机，大约80％的机身重量不到10公斤。由于复合材料仅在生产重量超过10千克的零件时才具有优势，因此这些小零件中的大多数都是由金属材料制成的。

为了应对这种情况，DARPA于2015年启动了“适应性原材料和成型”计划，以实现以不到10千克的重量快速，低成本地生产复合部件，该项目有两个子项目：一个是材料开发。将开发并完成具有高机械性能和金属可成形性的普通短纤维材料；第二个是成型生产，波音公司领导了“高速，高性能生产”技术的开发，即RAPM项目，项目结果由波音公司在2019年SAMPE峰会上提出，但正式结果将在2020年秋季公布。

　　RAPM项目由波音公司领导。除航空公司外，与会者还包括材料供应商索尔维复合材料，ATC技术制造商，SGL碳纤维和公司的表面制造。这两家公司主要与汽车相关。

　　该项目的目的是更好地了解复合材料和工艺的成本状况，并希望汽车的制造效率能够满足飞机的运行要求；波音公司的目标是在30分钟内控制复合零件的成型时间，并通过有效的工作来降低成本，以达到与铝合金竞争的目的。。

　　波音公司已经与几个重要的工业伙伴合作，从三个方面研究了RAPM项目：碳纤维树脂灌注技术和SGL复合材料，使用Solvay温度调节预浸料，纤维动力学和Reinhold检查成型技术，经过ATC和TXV测试的热塑性成型技术。

　　该测试分两个阶段进行：阶段是“生产开发”阶段，其中将三个主要过程和三种类型的具有不同形状的零件（例如面板，肋和C型截面）进行比较，以检查过程参数；第二阶段是“挑战与转移”阶段，在这个阶段中，可以与铝合金竞争的零件才能达到阶段的成就。

　　在测试中，波音公司使用了英国一家表面制造公司的PTF，PTF系统的高温度为440'28451；压力为150吨，零件尺寸为750x750x100mm。

　　在材料方面，RAPM没有使用Tuff项目开发的短纤维材料，而是将有机纤维用于汽车和航空的预浸料，环氧树脂，热塑性树脂和短混纺材料，因此研究结果不仅适用于军事工业，而且适用于军事工业。到复合材料生产的整个领域。

　　RAPM试用程序：

　　步：RTM树脂灌注过程

　　在个过程中，SGL选择用于汽车的材料，使用hp-rtm和c-rtm工艺确定工艺参数，然后在步的基础上使用低成本LP RTM生产对比凹槽零件，该零件有两个凹槽：5cm的矩形凹槽和10厘米矩形到VW形状的过渡沟这部分使用廉价的Raku工具，手柄和铝合金成型模具。对比零件的测试结果表明，酸洗完成，纤维整齐，质量很高，零件中纤维的体积含量为49.5％，层数仅为目前预浸工艺的1/3，人工减少了90％ 。同时，为了测试模具和工艺的适用性，波音公司还使用树脂和挥发性纤维通过LP RTM制造对比部件，所有这些部件均通过了无损检测。

　　第二步是热固初始模具

　　由于温度调节预成型件在压力下容易产生皱纹的问题，苏威已改善了产品性能。为了提高生产效率，索尔维还尝试使用分批固化方法来大程度地减少零件在模具上的时间，以使用弹簧框架工具对预成型件施加张力。当零件固化15-30分钟后，将模具移开，然后进行批量冷却。根据阶段的结果，波音公司使用PTF系统和带有真空和树脂密封的P20钢模具来形成波状部分组，波状部分的厚度为6.3mm，曲率为12.7mm，并使用中模量碳纤维条方向。零件中的纤维含量为59-63％，孔隙率为0-0.6％。

　　第三步是形成热塑性筋和C形段

　　为了解决由于过高的热塑性成型温度而导致薄膜不粘附在零件上的问题，波音公司已经测试了一种新型的安全气囊工具，将安全气囊安装在压力机上并随压力机上下移动。安全气囊中充满了氩气并挤压了零件。经过高温膨胀后，可帮助在零件上施加水平压力，并弥补由于不粘箔造成的预制零件的不完全固结，这是波音公司用来生产肋骨预成型坯和剖腹产的方法，后由ATC创建了皇家分配型坯。

　　RAPM项目将在2020年底正式结束，到目前为止，根据真实零件研究的结果，三个过程都具有形成小型复合零件的良好能力，并且所得的复合零件可以与铝合金竞争。成本如图9所示，与铝合金相比，树脂铸件和热塑性部件不仅减轻了重量，而且还减少了诸如材料和成型时间之类的周期性成本（与基础设施不一致的成本无关）。与铝合金相比，恒温组件的成本增加了7％，但考虑到重量的减轻，它仍然在设计领域，未来将需要成型和成型时间。

　　当然，实验中积累了很多经验和教训，例如，放置一个垫块以防止其在压力过程中滑落的方法，以及优化零件形状以大化质量并降低模具成本的方法，同时，设计还展示了两种减少模具的方法。成本：一种是标准化零件的半径，曲率和拐角；索尔维目前正在申请“可变压力隔膜”的，该可以为预成型坯提供静压并缩短固结时间。

　　如今，复合材料因其良好的机械强度，高温和耐腐蚀性能而广泛用于汽车和飞机。但是，由于材料和生产的高成本，复合材料的大量使用远未到，低成本生产复合材料是进一步扩大应用范围的一种方式，也是dapp进行设计的初衷。

　　作为RAPM项目的一部分，波音公司探索了几种通用飞机零件的低成本制造方法，并大胆地改进了该过程，例如，在测试过程中，表面制造公司的PTF用于实现加热和冲压自动化并提高生产效率。此外，波音公司在降低生产成本的同时，还改进了工艺以提高零件质量，例如，在热固性预成型件的生产中，采用了弹簧框架成型技术来防止起皱；热塑性零件的生产使用新的气囊模具来提高零件预固结的质量。

　　本文只是简单介绍了RAPM的开发过程，详细的数据和实验数据还需要进一步披露，目前，所研究的过程仍处于实验阶段，距离工程还有很长的路要走。但是，我们应该注意，降低复合材料的生产成本和替代金属零件是各方共同努力的方向。我们有理由相信，飞机上更多复材零件取代金属零件的日子不会太遥远。

　　

　　来源：航空制造网  作者：苗玮