航空复合材料构件精确制造技术探讨及应用

随着军用航空器对作战效能比和民用航空器对燃油经济性要求的不断提升,以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的轻量化高性能材料得以在航空器上广泛应用。国内外许多专家、学者对树脂基复合材料构件制造过程进行了大量的研究。复合材料成型工装制造时,应减少支撑块,并使用Invar钢制造的成型工装来提高复合材料构件的制造精度。在复合材料构件成型时,过低的固化压力会造成复合材料构件内部缺陷,低的升温速率和降温速率能够减少温度梯度对复合材料构件变形的影响。通过对工装补偿和优化成型工艺参数来实现盆形零件的精确制造。     

先进树脂基复合材料的发展和应用

先进树脂基复合材料在航空领域应用日益广泛,继铝、钢、钛之后,已迅速发展成为四大航空结构材料之一. 本文主要介绍先进树脂基复合材料在航空工业的应用、复合材料的发展现状以及先进复合材料的发展趋势.     

超大型复合材料机体部件应用技术的新进展——飞机制造技术的新跨越

从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A380为例介绍了两公司相应的技术策略：机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A350-XWB上的用量提高到52％。最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。     

军用飞机结构耐久性设计的细节疲劳额定值方法

 为满足军用飞机研制初步设计阶段对结构耐久性(疲劳)快速设计与评估的迫切需求,在全面分析军用飞机与民用飞机主要区别的前提下,针对军用飞机结构与使用载荷特点,以民用飞机细节疲劳额定值(DFR)方法的基本思想和技术途径为基础,从寿命服从对数正态分布的假设出发,对随机载荷谱的当量等幅化方法、结构DFR许用值的确定技术以及标准S--N曲线的建立等关键问题进行深入研究,建立了适用于军用飞机的DFR方法及相应的工程实施技术。初步应用表明方法可行且偏保守,能明显缩短研制周期、降低研制成本,具有重要的工程意义和应用价值,可用于军用飞机研制的初步耐久性设计。     

Composite materials for primary aircraft structures: from development phase to high volume production rate

From 1980’s decade, the introduction of carbon composite materials in structural applications has been consistently increased in the successive generations of civil aircraft from Single Aisle to Middle-long Range to achieve a culminant point with more than 50% in structure weight in recent commercial civil aircraft. This evolution, done through successive iterations, has been possible by combining in the same time the improvement of intrinsic composite material performances and its transformation into prepreg production technologies together with the development of new manufacturing process for material lay-up automation at composite shop-floor manufacturer of aircraft composite parts. New challenges are still coming to continuously develop materials and technologies in order to pursue the production more cost-effective composite parts. Associated to higher aircraft production rate for single aisle, new challenges may force material and aircraft designers and producers to furthermore drive new products and processes introduction and new ways of transformation within in next decade of composite aircraft designs. We propose to illustrate these trends using past and recent developments and our return of experience from Hexcel on Civil Aircraft programs.     

航空用原位颗粒增强铝基复合材料研制与发展

与外加颗粒法相比,原位自生法制备的颗粒尺寸小、表面干净且与基体界面结合强度高,使得铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及良好的强塑性匹配等优势。因此,原位自生铝基复合材料是航空航天结构件轻量化设计的理想材料之一。从原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料制备、组元配比优化设计、性能与强韧化机制等三个方面总结其研究现状,同时梳理了原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料存在问题与未来发展方向,以期望促进原位自生铝基复合材料在民航客机等航空高端领域快速发展。     

民用航空含Ω型长桁复合材料加筋壁板制造技术研究

含Ω型长桁的复合材料加筋壁板由于其结构上的优势,在民用大飞机上被越来越多地采用。然而,此种类型的加筋壁板在共固化成型过程中存在Ω型长桁如何加压的问题,特别是在有严格的适航符合性审查要求的民用航空产品制造领域,进一步提高了制造难度。经过多次试验,最终采用薄壁橡胶气囊成型法制造出符合设计要求和适航要求的含Ω型长桁加筋壁板。     

金属增材制造技术应用于军用飞机维修保障浅析

金属增材制造技术的发展为军用飞机维修保障提供了一条数字化、定制化、高性能、短周期的技术新途径,可提升军用飞机维修保障的技术水平和能力。本文综述了军用飞机维修保障的国内外现状,指出了金属增材制造技术的应用优势,介绍了军用飞机零件的典型损伤形式、不同增材制造工艺的适用性及修复工艺选取方案,分析了所涉及的逆向建模、结构优化、智能机器人等关键技术,详述了目前存在的技术成熟度与可靠性不高、修复原则不明确、标准规范不统一等主要问题及解决措施,指出了增材制造技术在军用飞机维修保障领域未来的发展方向和趋势,并给出了具体的应用建议。     

国内民用飞机制造商运营支持能力建设思考

历经 ARJ 的首飞、取证及运营,必须大力推进民用飞机制造商的运营支持能力建设已成为国内航空界的共识。本文从长期跟踪和参与的几款国产民用飞机型号的运营实践出发,阐述对当前国内民用飞机制造企业运营支持能力建设中若干问题的看法。分析“运营支持技术”在“运营支持能力”建设中的重要性,运营支持能力建设目标是“机队稳定商业运营需求”的保障;提出通过“最小可更换件”分解培育备件市场以降低成本,通过增添“新技能”培训需求为用户产品运营做好增值服务,推动手册编制技术更新落地为国产民用飞机运营支持增添新亮点等观点。希冀基于国内民用飞机制造商运营支持能力建设的讨论,促进其技术发展,推广相关思路在国产民用飞机领域的应用,以满足国家重大需求和工程实践。     

受剪复合材料层合板开口应力应变分析研究

复合材料比强度、比刚度高,抗疲劳性能好,因此,越来越广泛地应用在航空、汽车和许多工程结构中,尤其是在航空领域。使用复合材料不但可明显减轻飞机结构质量,提高其结构疲劳寿命,还可提高结构效率,改善特定的气动性能,提高战斗机的作战性能。因此,在过去的30年里,复合材料在军用、民用飞机上的用量不断增加。复合材料在飞机结构上的用量增加的同时,在飞机结构中的使用范围也不断拓宽,使用部位从受力不大的部件如整流罩、前后缘、扰流板等次承力部位,到受力很大的水平安定面、垂直安定面、机翼等。随着复合材料的广泛应用,也会遇到一些新的问题。如在机翼结构中,尤其是在带整体油箱的机翼结构上（蒙皮、梁、肋）,由于使用要求,如保证油路、工艺施工、检查维修、设备安装、管道通过等,不可避免要在结构上布置各种类型、大小不同的开口或开孔。开口会改变结构的受力特性。因此有必要对复合材料层合板开口进行仔细的研究。本文主要针对受剪作用的复合材料层合板,运用工程软件计算分析了多种开口形状、开口方位、开口倒角大小等对层合板应力、应变集中的影响。对于薄板而言,易发生失稳破坏,本文最后对开口形状对层合板稳定性影响也进行了探讨。     

民用飞机顶起和支撑设备研究

民用飞机的顶起和支撑设备在飞机的维修、改装、抢救等工作中必不可少。总结了顶起和支撑设备的分类,介绍了不同种类设备的主要功能、结构组成以及应用场景。给出了顶起和支撑设备的选型及研制的工作方法和具体工作要求。针对不同的使用单位,给出了顶起和支撑设备的常规配置建议。民用飞机的地面支援设备产业是飞机制造业的支撑型产业,国产民机制造商应积极推进国内地面支援设备产业发展,建立并完善民用飞机地面支援设备设计标准和规范体系。     

基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展

大型民用客机的气动设计具有巡航马赫数高、部件间流动干扰复杂、外形精细化修形难度大等特点，完全依靠人工试凑法进行气动设计工作量巨大。基于高可信度数值模拟的优化设计技术可以对该类问题进行自动寻优设计，给设计师提供有力参考，因此在大型民用客机气动设计中发挥着越来越显著的作用。首先，以大型民用客机为背景，总结了民机气动设计中的关键科学问题，指出了梯度优化设计方法在民用客机不同优化设计问题中的适用性，并进一步对梯度求解中的伴随方法理论进行了详细介绍。然后，分析了基于伴随理论的气动优化设计方法以及气动结构多学科优化设计方法在民用客机设计中的研究进展，其中气动优化设计方面着重突出了复杂全机多部件气动外形优化设计方法以及飞机/发动机一体化优化设计方法。最后，对基于伴随理论的气动优化设计方法在大型民机中的应用进展进行了提炼，对未来发展趋势进行了展望与建议。     

先进复合材料制造及过程控制技术

先进复合材料在民用飞机中的大量应用带来了突出的减重优势和经济效益,同时对复合材料制造技术和成型质量提出了高标准要求。针对先进复合材料在民用飞机中的应用,介绍了国内外先进的大型民用飞机中典型复合材料构件的制造方案,并按照过程质量控制要求,从原材料、工艺过程及产品检验三方面进行了复合材料构件制造过程质量控制分析。分析表明,发展基于自动化的先进复合材料整体成型技术并实现复合材料制造过程的高水平控制,对满足民机适航性和经济性的高标准要求、实现复合材料在民机领域的大规模应用与批产具有重要意义。     

水陆两栖飞机的关键技术和产业应用前景

水陆两栖飞机历经百年的发展，已成为飞机大家族中的稀有机型，但其在现代航空工业中的存在价值和意义却不容忽视，其独特的水陆起降特性更使其依然具有在民用和军事多个领域中应用的优势。除了陆基飞机常规的设计制造技术外，水陆两栖飞机特有的关键技术则是其优良水面起降特性的技术保障，也是航空技术发展的一个重要方面。本文从传统布局和现代创新布局两个方面阐释了水陆两栖飞机的设计特点和技术特征以及发展转变，从水陆两栖飞机水动力特性和气动特性等方面分析了影响其发展的关键技术，并探讨了水陆两栖飞机的产业应用领域前景以及技术发展方向。     

A ground and obstacle collision avoidance technique (GOCAT)

The need to provide aircrew with a timely warning of a dangerously close approach to the terrain is discussed, along with the benefits this capability is expected to provide and specific requirements that it must fulfil. The ground proximity warning techniques that are available are reviewed, and their benefits and limitations are assessed. The GEC Avionics Ground and Obstacle Collision Avoidance Technique (GOCAT) is described. The particular advantages of the GOCAT approach are identified. Because GOCAT uses a database of the terrain and obstacles around the aircraft it has a very low nuisance alarm rate but will always generate a warning when the aircraft is in a dangerous situation. Issues of parameter selection, search area definition and system limitations are examined. The results of a GOCAT simulation are presented. The system performance parameters are discussed, and database requirements are reviewed. The characteristics of a practical implementation for both civil and military applications are briefly stated     

先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用

航空产品通常对其重量有严格要求,当前最有效的减重方法是发展低密度材料。介绍低密度、高强度且具有良好损伤容限特性的铝锂合金材料;通过其与常规铝合金、先进复合材料的性能对比和权衡研究,重点分析第三代先进铝锂合金的性能特点及其在民用飞机上的应用;给出铝锂合金国产化应用建议。研究结果可作为民用飞机设计选材和减重优化的参考和借鉴,有助于铝锂合金材料的推广应用。     

雨水对飞机发动机的影响

雨水对飞机发动机影响较大,当飞机在大雨中降落时,可能会引发发动机熄火,但在飞机起飞时,能起到喷水加力的效应.为了对发动机防吞雨水停车和喷水增大推力研究提供参考,综述了CFM56-3型发动机投入使用后出现的一些吞雨停车故障,并总结了在发动机设计中采取的尽量减少雨水流入内涵的4点措施,介绍了喷水增大推力的机理和其在一些军、民用飞机发动机上的应用情况.     

单一纤维和混杂纤维复合材料拉伸性能统计分析及计算模型

采用微观—宏观力学方法,研究单—纤维和混杂纤维复合材料拉伸破坏的统计行为并建立计算模型。模型中纤维拉伸性能的统计特征用Weibull分布表征,并考虑破坏过程中的载荷重新分配。模型计算与实验结果对比,模型能准确估算单一纤维复合材料拉伸性能,但对情况复杂的混杂纤维的性能估算不够理想。     

标识和追溯性管理在民用飞机项目中的应用

标识是追溯性管理的基础。从标识和追溯性的定义出发,介绍了民机设计和制造过程中标识要求的相关标准;结合民机制造和管理特点,介绍了民机标识内容的基本要求,民机标识方法的选用原则,并详细说明了民机常用的标识方法;针对民机系统目前所采用标识方法存在的问题,阐述了二维码技术在民机标识和追溯性管理中的应用优势。     

民用飞机机身密封技术的浅析

机身密封技术是影响飞机疲劳寿命、使用寿命、经济修理和安全性的一个关键因素,减少密封失效面引起机身腐蚀,提高飞机的密封能力是民用飞机制造发展的必然趋势.介绍民用飞机机身密封的类型,分析密封剂的性能要求;结合机身密封工艺要求和结构特点,给出密封操作方法的建议;分析密封失效的原因,给出典型结构密封的失效修理方法,保证飞机使用安全性和寿命.