浅析飞机复合材料生产制造工艺

浅析飞机复合材料生产制造工艺

1吴政凯  ,1刘伟  ,2鲁钟文  ,2杨洋 ,2李默

1空装驻汉中地区军事代表室    陕西汉中     723213

2陕西飞机工业有限责任公司    陕西汉中     723213

摘要：由于重量轻、强度大、模块化程度高、抗疲劳、腐蚀、设计、处理能力好、成本低，现代复合材料是飞机理想选择。先进的复合材料技术、成熟性能优化和成本降低大大有助于复合材料在飞机上的应用。分析了现代飞机复合材料的性能和发展情况，介绍了飞机生产制造技术，并讨论了今后的方向。

关键词：飞机；复合材料；加工工艺

复合材料在飞机制造的使用现已成为飞机先进性和舒适性的重要指标，这也是世界领先飞机制造商争夺我国飞机发展的核心技术。复合材料在飞机部件中的使用越来越多，复合材料的位置、面积和重量也随之增加。通过在飞机设计中应用先进的复合材料，重量减轻了20%至30%，这是其他先进技术所无法做到的。复合材料是铝、钢和钛快速发展的航空材料之一，能够增加其比例。伴随着高成本复合材料和数字制造技术的开发和应用，设计面向大型飞机板、梁、机身等组件。零件是使用自动铺放制造的。它功能强大、高效、质量稳定，提高了设计公差并降低了结构重量。

一、飞机复合材料特性

随着时间的推移，复合材料越来越多地用于飞机结构中。复合材料的出现不仅解决了单一材料的缺点，而且还解决了单一材料无法提供的性能。复合材料的强度高、抗疲劳和阻尼、设计性强、整体成型容易。现代飞机一般寿命长，施工工艺差，可靠性高，复合材料要求高。它们具有以下特性:

1.高比强度和比刚度。飞行材料承载能力的重要指标。值越大，材料越轻，相对强度和刚度越高。当抗拉强度相等时，复合材料密度小于钛合金的三分之一。在飞机上使用复合材料间接减轻了飞机的重量，增加了航程，运营成本降低。

2.疲劳性能良好。在滑行、起飞和着陆过程中，飞机承受着不断变化的循环载荷。材料的疲劳会影响其承受这些疲劳负载的能力。纤维增强复合材料在这方面特别好。材料中的纤维在节点表面上被分割，以防止裂缝的快速拉伸。对于寿命为30年的民用飞机，复合材料几乎不敏感疲劳。

3.成型过程很简单。纤维增强复合材料适用成型，从而减少了零件数量，减少了设计量，提高了计算精度。对大型飞机上的零件使用完整的加工技术可大大减少零件、紧固件和形状的数量，进而减少连接和装配过程的数量。这是降低复合材料重量的重要措施，也是降低成本的有效途径。

二、复合材料在飞机上的应用

伴随复合材料制造技术的发展，飞机上使用的复合材料的数量和布局成为飞机规划进度的主要指标之一，飞机使用复合材料的趋势如下:

1.复合材料越来越多地用于飞机。复合材料的数量通常以飞机设计质量的百分比表示。世界领先的航空公司正试图增加复合材料的数量。尤其值得一提的是A380乘客，其次是A350和波音B787。复合材料在A380数量约30吨，B787占50%。A350达到创纪录值的52%。军机和直升机增长复合材料。随着无人机的迅速发展，近年来复合材料的使用达到了新的水平。

2.应用从次向主承力结构结构的部位发展。飞机的机构如舱门、整流罩、安定面由复合材料制成。当前，复合材料广泛应用于机身、机翼主要承载结构。复合材料广泛应用于飞机的主体工件，大大提高了飞机的性能，带来了相当大的经济性和复合材料的发展。

3.应用于复杂结构。越来越复杂的曲线组件由复合材料组成，例如。A380和B787机身段和球形压力框架，采用光纤堆铺放和(RFI)制造。

4.复合材料复杂性急剧增加，整体固化和大规模已成为标准。复合材料在飞机上的直接效果是减轻重量.复合材料采用统一、固定的加工技术，可创建大型整体零件，大幅减少零件数量、紧固件和形状，减少零件装配，有效降低生产成本。

三、现代飞机复合材料发展方向

随着技术的发展，越来越多的复合材料被应用到飞机上，发展发生在三个主要领域。

1.低成本。高成本是制约复合材料在飞机上广泛传播的重要因素。市场的价格优势越来越明显，尤其是在民航领域。成本降低主要包括低材料成本、设计成本、低成本成型技术和低结构维护成本。低成本材料必须考虑到市场因素和新材料的出现。必须将具有成本效益的机构的设计、过程和维护结合起来。复合材料的生产成本占复合材料总成本的60%以上，因此对生产成本控制尤为重要。

2.智能化。复合材料的巧妙运用是以仿生学概念为基础的尖端材料，复合材料的智能必须与现代传感器、功能驱动器和适当的计算技术相结合。传感器检测外部环境和受力状态的变化，执行智能设置，并执行特定功能，例如自动控制、自我调节和自我修复。但是，要想变得智能化，就必须突出手动流程的优先事项。目前，智能复合材料提供了范围广泛的高完整性产品。研究的进展和突破也促进了基础研究的广泛广泛应用。

3.绿色化。在新时代，资源再利用和环境影响是产品上市前无法解决的问题。经过一定的寿命和周期，迫切需要解决飞机废弃物对复合料污染问题。在采用和使用复合材料之前，应考虑材料的回收，包括回收技术和工艺。可持续发展的概念需要长期重新考虑。

现代复合材料越来越多地用于国外飞机，相比之下，我国在基础研究和工程应用方面仍然存在很大差距，主要原因是商品开发能力不足和生产技术薄弱。高质量的原材料和大多数行业严重依赖进口，没有发言权。今后对复合材料的需求将进一步增加，空气结合材料将进入新的发展阶段。当前，我国应在飞机建设的发展机遇，加大对飞机制造核心技术的投资，赶上其他先进国家，了解核心技术不受制于人。

参考文献：

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[2]彭坚.大型飞机结构的发展趋势：复合材料化─访哈尔滨工业大学杜善义院士[J].航空科学技术，2020（6）：3-5.

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