大飞机复合材料应用及制造技术探析

2023-01-06李春威马瑛剑

黑龙江科学 2022年4期

李春威，马瑛剑

(中航通飞华南飞机工业有限公司，广东珠海 519090)

复合材料是我国飞机生产和制造中应用最为广泛、最具有发展前景的一种原材料。复合材料是指以两种或两种以上的金属或非金属为原材料，依据材料性质，利用物理或化学方法组成能够应用于不同场景的新型材料。复合材料由多种材料组合而成，可充分发挥各种材料的优势，提高材料的整体性能[1]。与其他飞机制造材料相比，复合材料具有更大的优势，可广泛应用于飞机生产制造。

1 复合材料在现代大飞机中的应用

1.1 在民用飞机中的应用

将复合材料应用于飞机生产制造，可实现各种资源和材料的有效整合，将飞机生产的各种零部件化零为整，可减少各种零部件数量，减少飞机因零部件链接和安装质量问题引发的安全事故[2]。金属材料在飞机生产制造中占据着较大比重，其坚固性和结构稳定性会对飞机生产质量产生直接影响，而非金属材料在飞机生产过程中也发挥着越来越重要的作用。复合材料结合了金属材料与非金属材料的优良性能，可保证民用飞机生产质量，节省生产制造成本，在民用飞机生产过程中有着越来越广泛的应用。

1.2 在飞机主承力结构中的应用

主承力结构是保证飞机整体结构质量和稳定性的最主要的结构。复合材料在飞机生产制造中的应用最初是以替换舱门、整流罩等次承力结构为主，随着研发水平的不断提高，复合材料应用于不同种类材料中，逐步优化升级，综合性能不断提升，取得了显著成效[3]。这种性能越来越好的复合材料能够满足飞机主承力结构的性能要求，已应用于中央翼盒、机身上蒙皮壁板、机身尾段等主承力结构中，其以碳纤维为主，能够完全替代以往的材料，具有更高的质量和性能。

1.3 在复杂曲面结构件中的应用

复杂曲面结构件是飞机的重要组成部分，其在生产制造过程中极易受到压力影响而出现变形问题。飞机生产制造对复合材料性能的优化和铺层设计等提出了更高的要求，复合材料在飞机复杂曲面结构件中的应用存在制造变形和铺层设计难度大等问题[4]，在未来的发展过程过程中，要想让复合材料能够在飞机复杂曲面结构件中发挥更大的作用，应重点解决以上两个问题，对复合材料性能进行优化。

1.4 在飞机结构件制造中的应用

飞机生产制造涉及各种零部件和结构件，整体成型和共固化飞机生产制造已成为主要发展趋势。复合材料具有的易于成型、高性能等优势能够满足飞机生产制造技术要求，可减少各种零部件和结构件的生产制造，节约制造成本和资源[5]。

2 现代大飞机复合材料制造技术

复合材料的应用已成为现代大飞机生产制造的主要发展趋势，但由于受到技术条件的限制，复合材料生产技术难度较大，其应用和推广存在一定的困难。对现代大飞机复合材料的制造技术进行分析，能够为其广泛应用起到重要的推动作用。

2.1 整体制造技术

整体制造技术是复合材料在现代大飞机生产制造中广泛应用的重要技术基础。复合材料是将多种类型材料进行整合，综合各类材料的优势性能，需要借助整体制造技术来提升复合材料质量。复合材料的整体制造技术应用消耗量巨大，成本较高，目前无法广泛应用于所有型号的飞机生产制造。要提高复合材料的整体制造技术水平，就要对制造技术和工艺进行优化升级，在提高技术质量和应用效果的同时，降低技术应用成本。

要想提高复合材料的整体制造技术水平，应采用自动铺放、共固化及共胶接等技术。其中，共固化技术是飞机生产制造发展的主流技术之一，将其用于复合材料的整体制造技术中，可在整合零件数量的同时，达到减轻复合材料结构质量、控制生产制造成本消耗的目的。无论是民用飞机还是军用飞机，飞机的隐身性能都是飞机生产的重要指标之一。通过提高复合材料的整体制造技术水平，能够减少飞机机身表面缝隙，有效降低RCS值，令飞机达到更好的隐身效果。

2.2 自动铺放技术

自动铺放技术的应用不仅能够提高复合材料的质量和制造技术水平，还能降低复合材料的生产制造成本。自动铺放技术以复合纤维材料为主要原料，能够解决以往应用缠绕技术导致的机身凹面缝隙等问题，有效改变和调节复合材料机身的厚度。其能够通过自动化制造技术的应用，有效提高飞机预制件的生产质量和效率。

自动铺放技术在实际应用过程中根据不同材料，可分为自动铺带和纤维自动铺带两种零件生产方式。自动铺带主要应用于规格型号较小的零件，纤维自动铺带主要应用于规格型号较大的零件。飞机生产制造过程中，不同部位对材料的性能要求不同，在应用自动铺放技术时，要结合不同要求来选择合适的零件生产方式，依据相关的技术操作规范来保证零件制造流程的规范性。

2.3 数字化设计制造技术

要想使复合材料在飞机生产制造过程中发挥更大的作用，应保证复合材料质量。合成复合材料时，其结构会对质量和应用效果产生直接影响。数字化设计制造技术能够提升复合材料零件生产质量，在对复合材料零件进行设计时，其能够借助互联网和数字化信息技术，呈现出更加细致准确的三维视图，在建立零件模拟模型时，与CAD软件相结合，通过对零件模型信息的分析来保证零件设计和生产的科学性和准确性。在复合材料零件生产制造中应用数字化设计制造技术，可呈现更加准确的零件设计信息数据，对零件生产制造周期进行更加合理的规划，有效减少生产零件过程中存在的过度消耗资源和成本高昂等问题。