大飛機復(fù)合材料應(yīng)用及制造技術(shù)探析

李春威，馬瑛劍

(中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519090)

復(fù)合材料是我國飛機生產(chǎn)和制造中應(yīng)用最為廣泛、最具有發(fā)展前景的一種原材料。復(fù)合材料是指以兩種或兩種以上的金屬或非金屬為原材料，依據(jù)材料性質(zhì)，利用物理或化學(xué)方法組成能夠應(yīng)用于不同場景的新型材料。復(fù)合材料由多種材料組合而成，可充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢，提高材料的整體性能[1]。與其他飛機制造材料相比，復(fù)合材料具有更大的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于飛機生產(chǎn)制造。

1 復(fù)合材料在現(xiàn)代大飛機中的應(yīng)用

1.1 在民用飛機中的應(yīng)用

將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機生產(chǎn)制造，可實現(xiàn)各種資源和材料的有效整合，將飛機生產(chǎn)的各種零部件化零為整，可減少各種零部件數(shù)量，減少飛機因零部件鏈接和安裝質(zhì)量問題引發(fā)的安全事故[2]。金屬材料在飛機生產(chǎn)制造中占據(jù)著較大比重，其堅固性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會對飛機生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，而非金屬材料在飛機生產(chǎn)過程中也發(fā)揮著越來越重要的作用。復(fù)合材料結(jié)合了金屬材料與非金屬材料的優(yōu)良性能，可保證民用飛機生產(chǎn)質(zhì)量，節(jié)省生產(chǎn)制造成本，在民用飛機生產(chǎn)過程中有著越來越廣泛的應(yīng)用。

1.2 在飛機主承力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

主承力結(jié)構(gòu)是保證飛機整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和穩(wěn)定性的最主要的結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料在飛機生產(chǎn)制造中的應(yīng)用最初是以替換艙門、整流罩等次承力結(jié)構(gòu)為主，隨著研發(fā)水平的不斷提高，復(fù)合材料應(yīng)用于不同種類材料中，逐步優(yōu)化升級，綜合性能不斷提升，取得了顯著成效[3]。這種性能越來越好的復(fù)合材料能夠滿足飛機主承力結(jié)構(gòu)的性能要求，已應(yīng)用于中央翼盒、機身上蒙皮壁板、機身尾段等主承力結(jié)構(gòu)中，其以碳纖維為主，能夠完全替代以往的材料，具有更高的質(zhì)量和性能。

1.3 在復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用

復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件是飛機的重要組成部分，其在生產(chǎn)制造過程中極易受到壓力影響而出現(xiàn)變形問題。飛機生產(chǎn)制造對復(fù)合材料性能的優(yōu)化和鋪層設(shè)計等提出了更高的要求，復(fù)合材料在飛機復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用存在制造變形和鋪層設(shè)計難度大等問題[4]，在未來的發(fā)展過程過程中，要想讓復(fù)合材料能夠在飛機復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)件中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)重點解決以上兩個問題，對復(fù)合材料性能進(jìn)行優(yōu)化。

1.4 在飛機結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用

飛機生產(chǎn)制造涉及各種零部件和結(jié)構(gòu)件，整體成型和共固化飛機生產(chǎn)制造已成為主要發(fā)展趨勢。復(fù)合材料具有的易于成型、高性能等優(yōu)勢能夠滿足飛機生產(chǎn)制造技術(shù)要求，可減少各種零部件和結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造，節(jié)約制造成本和資源[5]。

2 現(xiàn)代大飛機復(fù)合材料制造技術(shù)

復(fù)合材料的應(yīng)用已成為現(xiàn)代大飛機生產(chǎn)制造的主要發(fā)展趨勢，但由于受到技術(shù)條件的限制，復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)難度較大，其應(yīng)用和推廣存在一定的困難。對現(xiàn)代大飛機復(fù)合材料的制造技術(shù)進(jìn)行分析，能夠為其廣泛應(yīng)用起到重要的推動作用。

2.1 整體制造技術(shù)

整體制造技術(shù)是復(fù)合材料在現(xiàn)代大飛機生產(chǎn)制造中廣泛應(yīng)用的重要技術(shù)基礎(chǔ)。復(fù)合材料是將多種類型材料進(jìn)行整合，綜合各類材料的優(yōu)勢性能，需要借助整體制造技術(shù)來提升復(fù)合材料質(zhì)量。復(fù)合材料的整體制造技術(shù)應(yīng)用消耗量巨大，成本較高，目前無法廣泛應(yīng)用于所有型號的飛機生產(chǎn)制造。要提高復(fù)合材料的整體制造技術(shù)水平，就要對制造技術(shù)和工藝進(jìn)行優(yōu)化升級，在提高技術(shù)質(zhì)量和應(yīng)用效果的同時，降低技術(shù)應(yīng)用成本。

要想提高復(fù)合材料的整體制造技術(shù)水平，應(yīng)采用自動鋪放、共固化及共膠接等技術(shù)。其中，共固化技術(shù)是飛機生產(chǎn)制造發(fā)展的主流技術(shù)之一，將其用于復(fù)合材料的整體制造技術(shù)中，可在整合零件數(shù)量的同時，達(dá)到減輕復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量、控制生產(chǎn)制造成本消耗的目的。無論是民用飛機還是軍用飛機，飛機的隱身性能都是飛機生產(chǎn)的重要指標(biāo)之一。通過提高復(fù)合材料的整體制造技術(shù)水平，能夠減少飛機機身表面縫隙，有效降低RCS值，令飛機達(dá)到更好的隱身效果。

2.2 自動鋪放技術(shù)

自動鋪放技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高復(fù)合材料的質(zhì)量和制造技術(shù)水平，還能降低復(fù)合材料的生產(chǎn)制造成本。自動鋪放技術(shù)以復(fù)合纖維材料為主要原料，能夠解決以往應(yīng)用纏繞技術(shù)導(dǎo)致的機身凹面縫隙等問題，有效改變和調(diào)節(jié)復(fù)合材料機身的厚度。其能夠通過自動化制造技術(shù)的應(yīng)用，有效提高飛機預(yù)制件的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

自動鋪放技術(shù)在實際應(yīng)用過程中根據(jù)不同材料，可分為自動鋪帶和纖維自動鋪帶兩種零件生產(chǎn)方式。自動鋪帶主要應(yīng)用于規(guī)格型號較小的零件，纖維自動鋪帶主要應(yīng)用于規(guī)格型號較大的零件。飛機生產(chǎn)制造過程中，不同部位對材料的性能要求不同，在應(yīng)用自動鋪放技術(shù)時，要結(jié)合不同要求來選擇合適的零件生產(chǎn)方式，依據(jù)相關(guān)的技術(shù)操作規(guī)范來保證零件制造流程的規(guī)范性。

2.3 數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)

要想使復(fù)合材料在飛機生產(chǎn)制造過程中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)保證復(fù)合材料質(zhì)量。合成復(fù)合材料時，其結(jié)構(gòu)會對質(zhì)量和應(yīng)用效果產(chǎn)生直接影響。數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)能夠提升復(fù)合材料零件生產(chǎn)質(zhì)量，在對復(fù)合材料零件進(jìn)行設(shè)計時，其能夠借助互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化信息技術(shù)，呈現(xiàn)出更加細(xì)致準(zhǔn)確的三維視圖，在建立零件模擬模型時，與CAD軟件相結(jié)合，通過對零件模型信息的分析來保證零件設(shè)計和生產(chǎn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在復(fù)合材料零件生產(chǎn)制造中應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)，可呈現(xiàn)更加準(zhǔn)確的零件設(shè)計信息數(shù)據(jù)，對零件生產(chǎn)制造周期進(jìn)行更加合理的規(guī)劃，有效減少生產(chǎn)零件過程中存在的過度消耗資源和成本高昂等問題。

3 結(jié)語

復(fù)合材料在現(xiàn)代大飛機生產(chǎn)制造中扮演著重要的角色，已經(jīng)成為飛機制造行業(yè)的主要發(fā)展趨勢之一。但由于受到生產(chǎn)制造技術(shù)水平的限制，復(fù)合材料的應(yīng)用具有一定的局限性。在未來的飛機制造發(fā)展過程中，應(yīng)對復(fù)合材料進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，解決技術(shù)難題，促進(jìn)其應(yīng)用推廣。