航空復(fù)合材料整體成型技術(shù)應(yīng)用

◎ 孫玉強(qiáng)

航空復(fù)合材料整體成型技術(shù)的應(yīng)用能夠簡(jiǎn)化以往的結(jié)構(gòu)制造流程，可以在短時(shí)間內(nèi)完成零部件的生產(chǎn)加工，對(duì)提升航空設(shè)備生產(chǎn)制造效率有著積極影響，同時(shí)也可以降低成本方面的投入，在當(dāng)前的航空制造企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景較為廣闊在現(xiàn)代化的發(fā)展環(huán)境中，加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料整體成型技術(shù)的研究對(duì)航空制造行業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、航空復(fù)合材料整體成型技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

復(fù)合材料的整體化和大型化應(yīng)用是目前航空制造領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)，能夠改善小尺寸材料應(yīng)用中存在的不足，可以滿足航空設(shè)備不同部位的裝配需求，保證了復(fù)合材料的應(yīng)用質(zhì)量能夠?yàn)楹娇赵O(shè)備的安全穩(wěn)定提供保障。整體成型技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的滿足以上要求，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

1.經(jīng)濟(jì)性。

整體成型技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中采用了多種連接方式將多個(gè)零部件連接在一起形成一個(gè)整體，便于后續(xù)裝配工作的順利開展，縮短了設(shè)備的裝配時(shí)間不用花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行各零部件的對(duì)接工作，能夠進(jìn)行大范圍裝配，零部件的數(shù)量有所減少整體的工作效率得到了顯著提升。另外，整體化的設(shè)備結(jié)構(gòu)在進(jìn)行成本核算的過程中，由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕投入的成本也有所降低所以這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

2.促進(jìn)裝配工作的順利開展。

以往在進(jìn)行航空設(shè)備生產(chǎn)制造的過程中，由于設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜在裝配過程中所需的緊固構(gòu)件比較多，裝配人員的工作量比較大，而且裝配質(zhì)量也容易受到人為因素的影響而無法得到保障，不能對(duì)航空裝配工作的整個(gè)流程進(jìn)行有效管理。而復(fù)合材料整體成型技術(shù)的應(yīng)用可以將結(jié)構(gòu)連接在一起，不用使用較多的緊固構(gòu)架進(jìn)行各部位的連接工作，能夠根據(jù)實(shí)際需要針對(duì)性的應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，整體的靈活性比較強(qiáng)。另外，緊固構(gòu)件數(shù)量的減少也在一定程度上減少了裝配人員的工作量，縮短了飛機(jī)構(gòu)件的裝配時(shí)間。在一些承力部位的機(jī)械連接操作中，所采用的緊固構(gòu)件以鈦合金緊固件為主，相對(duì)來說投入成本較高。另外，在進(jìn)行裝配施工時(shí)，需要借助專用的工具進(jìn)行鉆孔操作，對(duì)于鉆孔的質(zhì)量和精度要求較高，這也會(huì)產(chǎn)生大量的人工成本投入。此外，裝配過程中，應(yīng)采取濕化裝配方法，以免出現(xiàn)電化腐蝕的現(xiàn)象，但相比于其他裝配方法，濕裝配的成本投入較高。采用復(fù)合材料整體成型技術(shù)則可以有效減少上述操作，起到控制裝配成本的作用。

3.翼身一體化。

翼身融合就是將機(jī)翼和機(jī)身融為一體，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體制造。由于復(fù)合材料整體成型技術(shù)的發(fā)展，使得翼身融合設(shè)計(jì)更易實(shí)現(xiàn)。如美國(guó)的無人作戰(zhàn)飛機(jī)X45-A，即采用高度翼身融合體的無尾式飛翼布局，復(fù)合材料占機(jī)體結(jié)構(gòu)的比例超過50%，大部分構(gòu)件由整體成型技術(shù)制成；另外無人作戰(zhàn)飛機(jī)X-47A采用高度翼身融合體的無尾飛翼式布局，全機(jī)結(jié)構(gòu)由復(fù)合材料，全機(jī)結(jié)構(gòu)由復(fù)合材料制成，沿中軸線上下分4大塊制成，充分發(fā)揮了復(fù)合材料整體成型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

二、航空復(fù)合材料整體成型的技術(shù)方法

航空復(fù)合材料整體成型的技術(shù)方法主要有兩種，第一是共膠接。共膠接也叫膠接共固化，是指一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)固化成型與另一個(gè)或多個(gè)尚未固化的預(yù)成型件通過膠粘劑，在一次固化工藝中固化并膠接成1個(gè)整體制件的工藝方法；共固化。共固化是指2個(gè)或2個(gè)以上的預(yù)成型件經(jīng)過同一固化一次固化成型為一個(gè)整體構(gòu)件的工藝方法；二次膠接。二次膠接是指將2個(gè)或多個(gè)已固化的復(fù)合材料零件通過膠接而連在一起的工藝方法。二次膠接工藝方法的優(yōu)點(diǎn)在于：二次膠接無應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命；二次膠接不需要鉆孔，結(jié)構(gòu)完整性好，密封性能好；零件分次固化，工藝風(fēng)險(xiǎn)小。

三、航空復(fù)合材料整體成型技術(shù)的應(yīng)用分析

在復(fù)合材料應(yīng)用范圍逐漸增大的基礎(chǔ)上，其在航空制造中的作用也越來越突出，已經(jīng)由最初的非承力構(gòu)件制造，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诔辛?gòu)件制造中的應(yīng)用，同時(shí)整體成型技術(shù)的推出，也為其在航空制造中的推廣與應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。一些較為先進(jìn)的復(fù)合材料已經(jīng)被成功應(yīng)用到我國(guó)所設(shè)計(jì)的軍民飛行器上，主要應(yīng)用部位有水平安定面、升降舵以及機(jī)翼等重點(diǎn)結(jié)構(gòu)部位。在技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了各類構(gòu)件的批量化生產(chǎn)與應(yīng)用，不僅能夠提升復(fù)合材料的應(yīng)用水平，也可進(jìn)一步提升制造效率。

整體成型技術(shù)在我國(guó)航空制造中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在機(jī)身、球面框、機(jī)翼、平尾和鴨翼等部位。實(shí)際制造生產(chǎn)中，在各類結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅可以減輕結(jié)構(gòu)重量，還可以縮短施工周期，使航空制造的效率得到顯著提升。復(fù)合材料整體成型技術(shù)在應(yīng)用過程中總結(jié)出了較為完善的施工經(jīng)驗(yàn)，且借助多種整體成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了壁板、加筋工件的加工制造，對(duì)于一次曲型結(jié)構(gòu)也可采用復(fù)合材料進(jìn)行加工生產(chǎn)。

另外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可實(shí)現(xiàn)“零吸膠、常溫加壓”工藝的環(huán)氧和雙馬來酰亞胺預(yù)浸料，突破了大尺寸/整體化復(fù)合材料構(gòu)件成型時(shí)溫差大、加壓窗口對(duì)構(gòu)件質(zhì)量影響的技術(shù)瓶頸，為大尺寸/整體化復(fù)合材料構(gòu)件的制造奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然，和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)航空復(fù)合材料整體成型技術(shù)的運(yùn)用相對(duì)較少，工藝技術(shù)水平相對(duì)較低，自動(dòng)化水平相對(duì)低下，制件質(zhì)量及性能有待提升，研制成本相對(duì)較高。為了應(yīng)對(duì)航空制造業(yè)的發(fā)展要求，應(yīng)該大力開展整體成型技術(shù)的相關(guān)研究，以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料整體成型技術(shù)的跨越式發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)：航空工業(yè)發(fā)展水平在不斷提升的過程中，應(yīng)用的工藝技術(shù)逐漸趨于完善，復(fù)合材料成型技術(shù)也向著整體化的方向發(fā)展，整體成型技術(shù)與以往應(yīng)用的技術(shù)相比更能夠體現(xiàn)出材料的性能與優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)航空設(shè)備構(gòu)件的輕量化，有效提高了裝配質(zhì)量和效率。整體成型技術(shù)在提升航空產(chǎn)品的綜合效益方面起到了重要作用。要想更好的適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形式滿足航空設(shè)備的制造需要，還需要將多種高新技術(shù)與整體成型技術(shù)相結(jié)合，提高技術(shù)的自動(dòng)化和智能化水平，保證復(fù)合材料的使用質(zhì)量。