飛機壁板復合材料的工藝研究與加工探討

逄守良

摘 要：復合材料在飛機零件中應用很廣，已經成為飛機結構件材料主導材料之一，而復合材料的制造與加工技術還沒有公開，有些高端技術還存在保密性，本文研究復合材料與其制造技術，分析了飛機壁板工藝要求與工藝設計以及壁板制造工藝與性能分析，掌握復合材料在飛機壁板零件上的應用。

關鍵詞：復合材料與其制造技術；壁板工藝要求與工藝設計；壁板制造工藝與性能分析

中圖分類號：TG115 文獻標志碼：A

1 復合材料與其制造技術

飛機整體結構上應用復合材料的位置很多，最早應用復合材料的公司為空客集團和波音公司，飛機整體上使用材料的對比圖如圖1所示。

復合材料在飛機上使用分為4個階段。最開始用于整流罩和前緣這些受力比較小的位置；之后是在升降舵、襟翼位置；然后是在平尾/垂尾位置，受力較大；通過這些位置的使用，最終飛機復合材料的使用在整個機身和機翼上都使用。如圖1 所示。

復合材料的傳統制造技術是制作出復合材料的用樣板，以這個樣板為依據，制作出需求的尺寸，然后浸料，再由工人定位鋪放、制袋，進入壓罐設備中固化，這種加工方法需要的人工比較多，嚴重影響加工效率，而現在國際上的制作技術如下：

（1）使用纖維增強材料作為復合材料的基礎，通過這個技術降低材料基礎的制造周期。

（2）制造設備由原來的熱壓罐改變為非熱壓罐成型技術，降低成本，增加效率。

（3）自動化下料，通過自動化設備將鋪帶和浸泡加工過程優化，實現效率高、制造精度高等優點。

2 壁板工藝要求與工藝設計

飛機外翼壁板零件的結構是采用加強筋的結構，使零件的力學性能更好，同樣為了得到更好的零件性能，長桁的界面形狀為工型，如圖2所示。

飛機壁板零件的制造是通過整體成型的技術加工的，這使得零件在飛機上安裝時減少緊固件數量，對于這種工型壁板零件的加工一般采用一次共固化、二次固化膠接、二次共固化這3種成型。具體的加工工藝是先制造長桁，然后制造蒙皮、最后將它們組合在一起，加工成需要的尺寸，具體分析如下：

（1）制作長桁，長桁的制造流程是鋪層、裁剪、造型，通過預浸料制成需要的毛坯，然后用裁床裁剪，最后成型。

（2）用自動鋪帶機進行蒙皮制造。

（3）將長桁與蒙皮利用膠接的形式組合成一體。

（4）將組合完成的長桁和蒙皮加壓加溫固化成型。

（5）將固化完成的壁板切除余量，使尺寸達到設計要求。

3 壁板制造工藝與性能分析

國內壁板制造上將傳統工藝與現代設計相結合，飛機壁板零件在加工設備上選用熱壓罐、自動鋪帶機、數控下料機、激光投影儀和數控銑床等，同時還需要在良好的輔助加工車間和制造環境中進行加工。

通過激光投影輔助自動鋪帶機進行壁板鋪放，鋪貼的原則是利用加熱燈或者槍對材料進行預浸料，在整個過程中鋪貼的時間不要超過30min，在鋪貼期間每鋪1～3層，需要進行抽真空，將內部空氣抽出，壓力為負壓0.08MPa，保持5min，拼層與搭接符合圖3的要求。

預浸料的性能對制造工藝影響很大，為了降低這個影響，必須控制預浸料的物理性能和工藝性能，要求是控制揮發量，平均值≤1.0mg。同時層壓板還需要有拉伸性能和壓縮性能，拉伸是測試抗變形和斷裂的能力，壓縮是測試空氣壓力對它的破壞。

結論

我們在飛機復合材料的應用中，要了解復合材料壁板零件的設計要求與復合材料的特點，結合其自身的特性制定制造工藝與流程，對飛機壁板零件設計，從工藝的角度出發設計長桁，濕蒙皮和濕長桁，分析制造中所用的預浸料、工藝鋪層和工裝，驗證工藝的可靠性和方法。

參考文獻

[1]田嘉生，王楓.復合材料制件成形用模具材料研究[J].沈陽航空航天大學學報，1997（2）：34-37

[2]朱晉生，王卓，歐峰.先進復合材料在航空航天領域的應用[J].新技術新工藝，2012（9）：35-38.