航空复合材料整体成型技术应用现状分析
宋岩
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宋岩,. 航空复合材料整体成型技术应用现状分析[J]. 新材料,20246. DOI:10.12721/ccn.2024.158374.
摘要: 航空复合材料的种类有很多,在实际使用这种材料进行飞机制造工作时,相关企业需要科学推广整体成型技术,旨在通过这种技术控制飞机的制造成本,保障机翼和机身能够达到一体化、整体化的效果。并要严格控制工作质量,提高工作效率。这就要求企业及时总结工作经验,分析不同整体成型技术的优势、不足,从中找到技术创新优化的方向和方法,真正依靠先进的技术手段推进航空事业的稳步发展。
关键词: 航空复合材料;共固化技术;共胶接技术
DOI:10.12721/ccn.2024.158374
基金资助:

复合材料在航空设备的制造工作中有较高的使用价值,但由于复合材料自身性质比较特殊,在实际进行切割、焊接等处理工作时,需要使用特定的成型工艺让材料连接成一个整体结构。最终目的是提升飞机的使用性能,包括防腐蚀性、绝缘性、安全性等多个方面。希望工作人员能够结合具体要求,合理选择工艺类型,并严格规范技术的操作行为。

1.推广使用航空复合材料整体成型技术的根本原因

1.1科学控制经济成本

与传统材料的使用情况相比,在航空设备的制造过程中推广使用复合材料,可以有效节省经济成本。这是因为复合材料的使用寿命相对较高,这使得材料的更换频率比较低,能控制设备的维修成本。同时,配合使用整体成型技术,可以提前将多个组件连接在一起,这样在后续装配时,就能直接进行大结构件的集中装配,能缩短装配时长,节约人力资源成本。因此,企业在新时期的航空设备制造环节中会优先选用复合材料整体成型技术。

1.2保障翼身一体化

翼身融合就是将机翼和机身融为一体,进行整体结构设计和整体制造。由于复合材料整体成型技术的发展,使得这项融合工作的设计方案更易实现。如美国的无人作战飞机X45-A,就采用了高度翼身融合体的无尾式飞翼布局,复合材料占机体结构的比例超过50%,大部分构件由整体成型技术制成;另外无人作战飞机X-47A采用高度翼身融合体的无尾飞翼式布局,全机结构由复合材料制成,沿中轴线上下分4大块制作,充分发挥了整体成型的技术优势。

1.3控制工作质量和效率

航空设备的装配工作质量将决定设施的实际使用安全,再加上,市场对各种型号的航空设备使用需求量较大,需要相关企业进行大批量的设备生产制造工作。此时,如果能够普及复合材料的整体成型技术,就可以显著提升工作质效,满足企业的发展需求。实践表明,依托整体成型技术开展生产加工工作后,可以解决以往装配阶段中零件紧固效果不理想的问题,消除设备在使用过程中的安全隐患。同时,依托专业技术、设备,能极大提高工作的精细化程度,减小实际装配情况与设计参数之间的误差。

2.常见航空复合材料整体成型技术的实际应用现状

2.1共胶接技术的应用现状

共胶接也叫胶接共固化,是指一个或多个已经固化成型与另一个或多个尚未固化的预成型件通过胶粘剂,在一次固化工艺中固化并胶接成一个整体制件的工艺。结合该技术的实际使用情况来看,基本的操作优势是:能控制固化后的工件质量,避免因为质量不达标而引发风险问题。同时,可以通过固化多个零件的方式,降低后期装配工作的开展难度。不过,推广该技术时,可能会因为固化次数的增加导致成本超出预算。而且,每增加一次固化操作,就会相应的延长工期,这是目前使用该技术时要解决的重点问题。

2.2共固化技术的应用现状

共固化是指两个或两个以上的预成型件经过同一固化一次固化成型为一个整体构件的工艺方法。优势在于:不需要多次重复固化操作,只要规范操作行为,完成一次固化任务,就能达到共固化的效果。因此,该技术相比于共胶接技术而言,操作流程简便、经济价值高,不需要装配组件间的协调,构件的整体性好。其局限性主要表现为:共固化对模具设计、制造的精度要求严格,模具一般采用复合材料模具,成本高;共固化对树脂的工艺性要求比较高,适合中、低温及小压力条件下固化的树脂体系,对于夹层结构构件共固化成型要求树脂粘性大;共固化构件工艺技术要求颇高,工艺风险大,尺寸精度控制难,无法应用于复杂结构的构件加工环节中。

2.3二次胶接技术的应用现状

二次胶接是指将两个或多个已固化的复合材料零件通过胶接而连在一起的工艺。在实际应用过程中,该工艺的价值作用在于:能延长整体构件的使用寿命,操作时不涉及到钻孔的环节,不会破坏复合材料的美观性和受力结构。同时,该工艺的密封效果好,操作难度和风险都比较低。但应用时仍然会出现许多问题,需要企业引起重视。其一,固化次数要多于共固化的技术方法,会在一定程度上增加工作成本。其二,复合材料与金属类的零件胶接时,可能会产生较大的热应力。其三,技术操作时,对材料表面平整度、清洁度以及操作环境的温湿度等方面都有较高要求。所以,使用该工艺有一些限制性的条件,适用范围还有待进一步拓宽。

2.4液体成型技术的应用现状

液体成型工艺是时代发展进程中诞生的一种新工艺类型,主要包括RTM、RFI以及VARI这三种技术。其中RTM技术主要在模具内使用,可以提升复合材料预制件的强度等级。而RFI技术需要通过热固性原理,让树脂熔化,并利用模具来更改材料的造型。VARI技术要在真空环境下操作,主要任务是借助技术手段排出预制件中的气体,提升结构的密实度。实践证明,每种技术的适用范围、操作流程和应用优缺点都有一定差异。在大力推广航空复合材料整体成型技术时,企业会考虑总结工作经验,将多种技术的应用优势融合起来,共同创新技术操作方法。这种工作模式的应用现状是:对人才的工作能力有较高要求,并需要配备完善的基础设施和管理机制,存在一定的创新发展难度,要求企业循序渐进的编制工作计划,落实工作任务。

3.降低航空复合材料整体成型技术应用难度的要点

3.1引进先进的设备

针对复合材料整体成型工艺操作流程复杂,工作任务量大的问题,企业应关注人工操作的不足之处,尝试引进机械化设备,并配合信息化技术编写程序,通过自动化运行程序,完成材料的初步加工操作。这可以减轻员工的工作压力,提高生产制造效率。相关设备的推广还可以提高工作的精细化水平,是现阶段航空行业的主要发展趋势,需要相关企业及时投入资金,做好基础设备的采购、管理工作。

3.2共享技术成果

航空企业的发展不仅能提高自身的经济效益,还能带动国内航空事业的发展进步。基于此,企业的发展不能固步自封,还要结合社会的实际发展情况,引进新思想观念和新技术方法。当企业内部研发出新工艺时,也要主动从国家航空事业的整体发展角度思考问题,构建网络交流平台或者定期召开线下交流会,共享相应的技术成果,让各地的技术人员都可以参与到对复合材料整体成型技术的创新研究工作中,共同解决工作难题,消除技术操作的风险问题,将工作落到实处,以此来适应时代的发展进程。

结语:航空航天事业的稳步发展离不开专业飞行装置的支持,而保障飞机使用质量与安全性的关键在于基础材料、技术的合理应用。针对目前企业主要使用的复合材料及整体成型技术来看,共胶接、共固化、二次胶接以及液体成型技术都有各自的适用范围和使用价值,企业应积极立足时代发展要求,做好技术创新研究工作,引进现代化生产设备,并做好技术成果共享工作,发挥合力,共同解决航空行业的发展难题。

参考文献:

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