新一代大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的若干特點(diǎn)

何長(zhǎng)川++梁偉++楊乃賓

[摘 要]大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是新一代大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突出特點(diǎn)。飛機(jī)機(jī)體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)模化應(yīng)用的核心問(wèn)題是突破飛機(jī)機(jī)體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)是在確保使用壽命期內(nèi)、飛機(jī)安全飛行使用的前提下，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用并取得良好經(jīng)濟(jì)的、多設(shè)計(jì)要素變量的綜合設(shè)計(jì)。本文對(duì)波音787和空客A350復(fù)合材料機(jī)身的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了對(duì)比，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]大型客機(jī)；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；機(jī)體結(jié)構(gòu)；規(guī)模化應(yīng)用；一體化設(shè)計(jì)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.091

[中圖分類號(hào)]V25 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）04-0-03

新一代大型客機(jī)主要指使用效率（Efficiency）、經(jīng)濟(jì)（Economics）、超凡的乘坐舒適和便利（Extraordinary comfort and convenience）以及環(huán)保（Environmental）等綜合性能比當(dāng)前航線使用的客機(jī)有很大提高的大型商用運(yùn)輸機(jī)。

新一代大型客機(jī)的概念指導(dǎo)了波音787飛機(jī)和空客A350飛機(jī)的研發(fā)。新一代大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是廣泛采用復(fù)合材料，復(fù)合材料不僅減輕了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、提高了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用壽命、降低了飛機(jī)的維護(hù)費(fèi)用，還可以增加艙內(nèi)壓力和空氣濕度，提高民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、環(huán)保性。先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用走過(guò)了一條由小到大、由次到主、由局部到整體、由結(jié)構(gòu)到功能和由軍機(jī)應(yīng)用擴(kuò)展到民機(jī)的發(fā)展道路。

基于近20多年經(jīng)驗(yàn)的積累和認(rèn)知的共識(shí)，按照適航規(guī)章要求，結(jié)合民機(jī)工程實(shí)際，聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；膽?yīng)用。要實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；膽?yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要著重考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)、安全使用前提下，同時(shí)取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足型號(hào)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，必須要考慮結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用對(duì)制造、使用、維修提出的新需求，在設(shè)計(jì)主導(dǎo)下，形成“設(shè)計(jì)—制造—使用—維修”一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1 新一代大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用的決策

新一代大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)需用新材料的決策是依據(jù)未來(lái)20～30年內(nèi)大型客機(jī)在總體布局上與目前航線飛機(jī)不會(huì)有很大差別，但在綜合性能、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保要求等方面，將有很大的提高發(fā)展趨勢(shì)和航線寬體客機(jī)的需求增長(zhǎng)制定。

新一代大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)模化應(yīng)用的決策主要考慮：

①實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)明顯減重，機(jī)翼、機(jī)身主結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合材料制造；②中模量高強(qiáng)碳纖維/增韌環(huán)氧（180℃固化）復(fù)合材料已經(jīng)過(guò)工程應(yīng)用的驗(yàn)證，可滿足大型客機(jī)主結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求；③復(fù)合材料制造工藝技術(shù)革新和新工藝技術(shù)發(fā)展，可使復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)件制造成本明顯下降；④先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)—制造一體化、并行工程技術(shù)的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果更科學(xué)合理，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)和制造，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造國(guó)際化創(chuàng)造了條件；⑤半個(gè)世紀(jì)復(fù)合材料應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與驗(yàn)證技術(shù)的更新，使新一代飛機(jī)研制周期大大縮短、研發(fā)費(fèi)用減少。

因此，波音公司率先將21世紀(jì)初開始研制的現(xiàn)代寬體客機(jī)波音787復(fù)合材料的用量占到機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的50%，大大提高了結(jié)構(gòu)效率，與同級(jí)別客機(jī)相比可節(jié)省燃油20%。

空中客車公司于2005年5月宣布空客A350項(xiàng)目啟動(dòng)（A350后稱A350XWB，extra Wide-Body，型號(hào)系列為A350-900）。空中客車公司面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的壓力和用戶的要求，在A350項(xiàng)目推出的三年間，曾對(duì)A350的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次重要修改，選材方案的修改多達(dá)6次，包括機(jī)身由計(jì)劃初期采用鋁和鋁鋰合金，改為機(jī)體由復(fù)合材料制造。

2 復(fù)合材料關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新問(wèn)題

飛機(jī)機(jī)體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用的核心問(wèn)題是突破飛機(jī)機(jī)體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用技術(shù)。

飛機(jī)機(jī)體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是指其完整性對(duì)保持飛機(jī)總體安全是至關(guān)重要的承受飛行、地面和增壓載荷的結(jié)構(gòu)或元件（其破壞會(huì)降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性）。如：機(jī)翼、中央翼盒、機(jī)身等主結(jié)構(gòu)，對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)還包括主要結(jié)構(gòu)元件。

復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，首先要考慮飛機(jī)總體安全對(duì)結(jié)構(gòu)完整性的要求。同時(shí)，還應(yīng)考慮復(fù)合材料用量大幅增加帶來(lái)的固有特性潛在的危害威脅，如對(duì)結(jié)構(gòu)制造缺陷、閃電防護(hù)及使用、維修提出的一系列要求。復(fù)合材料關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新問(wèn)題、新考慮，大致可歸納為以下幾方面。

（1）基于對(duì)飛行安全性的認(rèn)知，機(jī)體結(jié)構(gòu)疲勞和損傷容限設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，按《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的要求，飛機(jī)在整個(gè)使用壽命期內(nèi)將避免由于疲勞、環(huán)境影響、制造缺陷或意外損傷引起的災(zāi)難性破壞。特別關(guān)注考慮的是外來(lái)物沖擊、目視可見損傷及其擴(kuò)展特性，兩垮元件損傷、結(jié)構(gòu)膠結(jié)以及“地—空—地”或“飛—續(xù)—飛”重復(fù)加載引起的材料性能退化和“高—低—高”溫度交變引起的附加應(yīng)力。

（2）質(zhì)量、產(chǎn)量、成本綜合平衡的大型整體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)。主結(jié)構(gòu)零構(gòu)件大型化、整體化設(shè)計(jì)，如翼面加筋壁板、翼梁、機(jī)身筒殼壁板、地板梁、中央翼盒壁板等，對(duì)制造技術(shù)提出了應(yīng)通過(guò)充分的試制和試驗(yàn)，并進(jìn)行合格鑒定，以保證其可重復(fù)生產(chǎn)性和設(shè)計(jì)的可靠性，結(jié)構(gòu)制造生產(chǎn)能力應(yīng)滿足飛機(jī)按期交付的需求。采用成熟的制造技術(shù)，如數(shù)字化、自動(dòng)化（包括檢測(cè)自動(dòng)化）、減少或消除人為因素影響的制造方法，可實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)的制造成本，設(shè)計(jì)、制造一體化是必由的技術(shù)途徑。

（3）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)閃電防護(hù)設(shè)計(jì)的地位很重要。復(fù)合材料（以碳/環(huán)氧復(fù)合材料為代表）導(dǎo)電性比標(biāo)準(zhǔn)鋁合金大約低1 000倍的固有特性，決定了如果不提供恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)電閃電防護(hù)，閃電雷擊可能造成結(jié)構(gòu)破壞或大面積損傷，并可能在金屬液壓管路、燃油系統(tǒng)管路和電纜誘導(dǎo)上產(chǎn)生高閃電電流和電壓。閃電防護(hù)可細(xì)分為結(jié)構(gòu)完整性、燃油系統(tǒng)、電氣和電子系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行考慮，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)閃電防護(hù)給飛機(jī)帶來(lái)了重量和成本的增加。

（4）結(jié)構(gòu)耐撞損性的設(shè)計(jì)要求。飛機(jī)的耐撞損性由機(jī)身的沖擊響應(yīng)特性控制。對(duì)耐撞損性，規(guī)章一直隨著實(shí)際飛機(jī)運(yùn)行使用得到的經(jīng)驗(yàn)而改變。機(jī)群經(jīng)驗(yàn)還沒(méi)有證實(shí)需要整機(jī)級(jí)耐撞損性的標(biāo)準(zhǔn)。因此，現(xiàn)行規(guī)章反映了傳統(tǒng)鋁合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)在可存活撞損條件下的條件。

相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)體設(shè)計(jì)，復(fù)合材料耐撞損性的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其獨(dú)特行為（如各向異性與準(zhǔn)脆性）與結(jié)構(gòu)特性，包括大修或設(shè)計(jì)更改。必須評(píng)估復(fù)合材料機(jī)身的沖擊響應(yīng)、油箱的結(jié)構(gòu)完整性，以及遭受可存活撞損時(shí)，局部強(qiáng)度能量吸收和多種破壞模式的競(jìng)爭(zhēng)破壞等。

（5）結(jié)構(gòu)的可燃性和防火要求。隨著運(yùn)輸類飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用，對(duì)乘客的安全性帶來(lái)了額外的問(wèn)題?，F(xiàn)有的規(guī)章并沒(méi)有論述機(jī)體結(jié)構(gòu)本身潛在的可燃性問(wèn)題。機(jī)翼和機(jī)身使用復(fù)合材料，應(yīng)考慮在飛機(jī)飛行期間著火和緊急著陸隨后溢出燃油可能起火的條件，復(fù)合材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)引起的對(duì)乘客安全性的影響。

（6）售后服務(wù)、使用維護(hù)、修理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、維修基地的建設(shè)。

3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)是在確保使用壽命期內(nèi)、飛機(jī)安全飛行使用的前提下，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用并取得良好經(jīng)濟(jì)的、多設(shè)計(jì)要素變量的綜合設(shè)計(jì)。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)是一項(xiàng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)—制造—使用—維修一體化和結(jié)構(gòu)承載—結(jié)構(gòu)功能閃電防護(hù)一體化的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程。在飛機(jī)使用壽命期內(nèi)避免由疲勞、環(huán)境影響、制造缺陷或意外損傷引起的災(zāi)難性破壞。同時(shí)，又要避免復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用，材料固有特性帶來(lái)的潛在的閃電、阻燃性、熱損傷等危害引起的安全問(wèn)題。

復(fù)合材料固有的性能可設(shè)計(jì)性和材料結(jié)構(gòu)成形中形成的同時(shí)性（內(nèi)在技術(shù)制備材料的屬性），決定了復(fù)合材料必須采用設(shè)計(jì)、制造一體化，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可制造性和設(shè)計(jì)的重復(fù)性。當(dāng)機(jī)體主結(jié)構(gòu)、機(jī)翼、機(jī)身采用復(fù)合材料，閃電防護(hù)成為機(jī)體結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用設(shè)計(jì)—制造—功能綜合一體化，方可取得明顯的減重效果。

維修納入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化的綜合設(shè)計(jì)，一方面，源于復(fù)合材料鋪層的可設(shè)計(jì)性，造成了結(jié)構(gòu)構(gòu)型風(fēng)格多樣化的特色；另一方面，損傷修理，通常要進(jìn)行損傷部位修整，損傷尺寸反被擴(kuò)大，甚至?xí)绊懼車Y(jié)構(gòu)的承載特性，而修補(bǔ)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)措施若有不當(dāng)，同樣也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)承載帶來(lái)不良影響，這說(shuō)明了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)維修的差異。

新一代寬體客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)規(guī)?；瘧?yīng)用的結(jié)果是客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)成為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為主體的復(fù)合材料—金屬材料混合結(jié)構(gòu)。從而為新一代客機(jī)承載—功能（閃電防護(hù)、電磁屏蔽）一體化綜合設(shè)計(jì)提供了條件。

使用維護(hù)（包括檢查方法和檢查周期）、修理是飛機(jī)持續(xù)安全飛行的保障。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理要同時(shí)恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載能力和功能需求（如閃電防護(hù)、電池屏蔽要求等）。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理與結(jié)構(gòu)構(gòu)型、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、損傷等形式密切相關(guān)，且損傷部位的修整往往會(huì)需要擴(kuò)大損傷范圍，修補(bǔ)材料與結(jié)構(gòu)原用材料匹配，以及修理補(bǔ)強(qiáng)可能引起應(yīng)力集中等問(wèn)題。故此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修時(shí)適航規(guī)章要求設(shè)計(jì)一體化需予以考慮。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)技術(shù)具有以下特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)取決于復(fù)合材料固有的材料性能可設(shè)計(jì)性、結(jié)構(gòu)成形與材料成形的同時(shí)性。給定的復(fù)合材料最終力學(xué)性能很大程度上取決于制品零件所采用的制造方法。

（2）結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)應(yīng)歸于飛機(jī)機(jī)體總體設(shè)計(jì)的范圍，其與結(jié)構(gòu)傳力路線和受力構(gòu)件布局密切相關(guān)。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分離面和制造工藝分離面選擇以及主要連接方式對(duì)降低制造成本有重要影響。整體筒殼機(jī)身和壁板組合機(jī)身對(duì)比實(shí)例充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。

（3）結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)目的在于發(fā)揮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)，并均衡、綜合為一體，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載—功能（閃電防護(hù)、電磁屏蔽）一體化。

4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化綜合設(shè)計(jì)的實(shí)例分析

4.1 整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的實(shí)例

整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案立足于利用復(fù)合材料自動(dòng)纖維鋪放/纏繞成形工藝，將機(jī)身段設(shè)計(jì)成整體筒殼，這是一種機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新嘗試。經(jīng)過(guò)小型飛機(jī)整體筒殼機(jī)身設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證，取得一定經(jīng)驗(yàn)后，波音787大型客機(jī)放棄了壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)的方案，大膽采用了整體筒殼機(jī)身設(shè)計(jì)方案。

波音787復(fù)合材料機(jī)身采用整體筒殼機(jī)身設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)總體布局分為前機(jī)身、中機(jī)身、后機(jī)身三部分、6個(gè)整體筒殼結(jié)構(gòu)段，如圖1所示。

圖1 波音787復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)分段示意圖

波音公司對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)選擇新結(jié)構(gòu)方案取決于飛機(jī)性能要求、成本考慮和技術(shù)的成熟程度。20世紀(jì)80年代末，波音公司民用飛機(jī)部進(jìn)行了NASA的ACT先導(dǎo)計(jì)劃的一部分——先進(jìn)技術(shù)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)（ATCAS）計(jì)劃，對(duì)復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)分區(qū)壁板研制中設(shè)計(jì)和制造的問(wèn)題進(jìn)行了分析、研究，其最終還是選擇了整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，其主要有以下考慮。①整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)可以采用纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪層，提高生產(chǎn)效率、降低成本，滿足了批量生產(chǎn)供貨的要求；②由壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)改為整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)可大大減少裝配，機(jī)身結(jié)構(gòu)減重預(yù)期可達(dá)20%。整體筒殼機(jī)身使波音787機(jī)身減少了31 500個(gè)零件。

選擇整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的不足之處：①熱壓罐尺寸限制了機(jī)身分段的長(zhǎng)度，出現(xiàn)機(jī)身分段多，且在受力大的部位有機(jī)身分段對(duì)接面，每個(gè)對(duì)接接頭增重80 kg；②整體筒殼出現(xiàn)大的缺陷時(shí)，修理或更換困難；③需要大直徑熱壓罐固化設(shè)備。

4.2 壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的實(shí)例

空客A350XWB機(jī)身筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在分析、吸取復(fù)合材料整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，并借鑒A380機(jī)身筒體壁板組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定復(fù)合材料機(jī)身為3個(gè)分段、4塊壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案。A350技術(shù)設(shè)計(jì)分前、中、后3段，直徑為5.89 m。長(zhǎng)度分別為13、18、16 m，A350機(jī)身設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 A350機(jī)身設(shè)計(jì)

空客公司認(rèn)為復(fù)合材料壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)的方案與整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)的方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可按照各分區(qū)結(jié)構(gòu)和載荷特點(diǎn)進(jìn)行鋪層優(yōu)化和加筋桁梁—隔框布局；②機(jī)身可以根據(jù)受力情況進(jìn)行分段，分為前機(jī)身段、中機(jī)身段和后機(jī)身段，從而避免在受力大的部位處進(jìn)行分段之間對(duì)接，減少了兩分段對(duì)接的復(fù)雜程度，且由于減少了機(jī)身分段數(shù)，維修工作也更為方便；③機(jī)身筒體每塊復(fù)合材料壁板均有較好的平直度，易于采用纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪層；④有利于分段外包、促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)、減小風(fēng)險(xiǎn)。

空客公司認(rèn)為復(fù)合材料壁板組合機(jī)身結(jié)構(gòu)的方案與整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)的方案相比的不足之處或問(wèn)題：①壁板之間不僅對(duì)接長(zhǎng)度增加，且在應(yīng)力水平高的環(huán)向?qū)?，造成結(jié)構(gòu)增重明顯；②座艙氣密性也受到影響。

4.3 波音787和空客A350復(fù)合材料機(jī)身設(shè)計(jì)與制造對(duì)比分析

（1）波音787機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面向當(dāng)時(shí)已成熟的纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)，整體筒殼機(jī)身實(shí)現(xiàn)了“異地設(shè)計(jì)、異地制造”的自動(dòng)化生產(chǎn)，有利于消除人為因素對(duì)結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的影響?？湛虯350充分吸取了波音787的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，方案確定花費(fèi)了三年時(shí)間，優(yōu)化了材料的利用，選擇了復(fù)合材料壁板組合機(jī)身筒體，機(jī)頭段采用鋁合金結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)—制造—使用—維護(hù)一體化和結(jié)構(gòu)—功能（承載和閃電防護(hù)）一體化的綜合設(shè)計(jì)。

（2）波音787整體筒殼段對(duì)接，兩筒段間幾何尺寸和形狀偏差，大大增加了機(jī)身段對(duì)接連接的困難?？湛虯350壁板組合機(jī)身筒段，大大降低了對(duì)熱壓罐尺寸的要求，并可顯著提高熱壓罐的利用率，降低了成本。

（3）波音787閃電防護(hù)采用銅網(wǎng)“全屏蔽”，結(jié)合結(jié)構(gòu)中金屬構(gòu)件方案?？湛虯350閃電防護(hù)采用金屬型材和條帶，結(jié)合結(jié)構(gòu)中金屬構(gòu)件形成電結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方案。

（4）波音787整體筒殼機(jī)身維修困難?？湛虯350壁板組合結(jié)構(gòu)維修相對(duì)容易。

5 結(jié) 語(yǔ)

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體綜合設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)—制造一體化延伸到與結(jié)構(gòu)疲勞、損傷容限密切相關(guān)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和可維修性，綜合優(yōu)化制造、損傷阻止擴(kuò)展及其維修，科學(xué)合理的使用壽命期的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方案將大幅度提高結(jié)構(gòu)的重復(fù)性，降低制造和維修成本。

結(jié)構(gòu)承載和飛機(jī)航電、飛控系統(tǒng)防護(hù)、閃電防護(hù)等的一體化設(shè)計(jì)，利用金屬材料構(gòu)件彌補(bǔ)和消除復(fù)合材料弱導(dǎo)電、導(dǎo)熱固有特性帶來(lái)的潛在危害，既可達(dá)到結(jié)構(gòu)安全使用，又可減重，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

繼波音787飛機(jī)復(fù)合整體筒殼機(jī)身結(jié)構(gòu)后，空客A350飛機(jī)壁板組合復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)把復(fù)合材料大型壁板和金屬骨架支承、閃電防護(hù)、電磁屏蔽作用合理利用，綜合一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)更加突出。

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