某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

大型复合材料壁板成型技术

复合材料以其高比强度、高比刚度、可设计性强、易于整体成型等优点,在航空业广泛应用,是航空四大结构材料之一,已成为航空产品换代式的标志.随着技术的发展,复合材料的航空应用日益广泛,尤其是大尺寸整体成型的复合材料制件越来越多.大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果,明显提升飞机的整体效能,如航程、挂载等;可提高机体结构强度和疲劳寿命,使机体结构的整体性更好;可简化装配工艺,装配型架更加简单,紧固件、零件数量也大大减少.目前国外在军、民机上已大量应用大尺寸复合材料壁板,如机翼壁板、机身壁板等,相关的成型技术也比较成熟,实现了机械化、数字化,具有规范化的材料体系、设计体系、工艺体系以及检测体系.     

复材制件数字化制造及先进设备的应用

随着复材零件结构的日益复杂,传统复合材料生产模式很难满足其精准化要求,复合材料数字化软件的开发使零件的制造过程更加便捷,同时能够满足对零件尺寸精准的验收技术要求。分别以某型号壁板蜂窝夹层件两类典型的零件作为研究实例,利用数字化软件对制造过程进行优化,开展数字化制造可行性研究,辅以数控下料机、激光铺层定位仪、自动铺带机等先进的数字化设备,更好地保障飞机构件外形的精度。复合材料制件实行数字化制造后,不但降低了生产成本保证了零件产品的质量,而且有效推进了复合材料零件制造技术的发展。     

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。     

大尺寸复合材料“工”形加筋壁板研制

本文使用高温固化环氧碳纤维预浸料CCF300/BA9916-II,采用共固化的成型方案,研制了大尺寸复合材料"工"形加筋壁板。研制的加筋壁板很好地满足了设计要求,证明了共固化成型方案是切实可行的,为大尺寸复合材料加筋壁板研制提供了新的方案选择。     

大型复合材料机身壁板多机器人协同装配调姿控形方法

针对飞机大型复合材料机身壁板尺寸大、曲率大、外形偏差不易控制等装配工艺特点，提出了一种基于多机器人协同的复合材料机身壁板装配调姿控形方法。实现了各机器人末端夹持单元预定位，并建立了多机器人柔性装配工装的全局运动学模型；通过多机器人主从协同运动实现复合材料机身壁板的调姿定位，分析了协同运动误差；构建了壁板形状控制点偏差与机器人运动量的变换关系，通过机器人的运动实现了复合材料机身壁板的形状控制。最后，对所提出的方法进行了应用实验验证，结果表明采用主从协同运动的调姿方法，调姿定位精度优于0.08 mm。形状调控后复合材料机身壁板形状精度可达0.6 mm，证明了该方法的可行性和有效性。     

钣金件数字化测量方案

钣金件的数字化整体测量方案,不但解决了大尺寸钣金零件、复合材料零部件的现场快速检测问题,同时在数控加工过程为工艺、制造部门及时反馈加工过程的数据信息,真正实现了数控加工过程的质量监控。     

宽体客机复合材料加筋板根部对接分离面设计

为了对客机机翼根部分离面进行设计，首先对先进客机A350飞机和B787飞机的机翼加筋壁板根部对接结构形式、传载效率和工艺特性进行详细工程应用分析和技术总结，然后进行两种典型单根长桁加筋壁板根部对接试验验证。立足国内技术储备现状得出了复合材料加筋壁板根部对接需解决的技术难题和工程应用方向建议。研究成果可为大尺寸复合材料加筋壁板根部对接设计提供借鉴和参考。     

硅橡胶热膨胀模具设计与纵横加筋壁板成型质量分析

 采用闭模硅橡胶热膨胀工艺和硅橡胶辅助热压罐工艺,制备了碳纤维复合材料纵横加筋壁板,分析了2种工艺成型过程的特点及其对成型质量的影响。进一步考察了硅橡胶辅助热压罐工艺下工艺间隙、硅橡胶厚度和金属模块定位对制件密实状态和尺寸精度的影响。结果表明:相比闭模热膨胀工艺,所采用的硅橡胶辅助热压罐工艺及其模具方案更适合于成型纵横加筋壁板;热压罐工艺应按照硅橡胶自由膨胀的方式来设计工艺间隙;硅橡胶的厚度对密实质量影响较小,但厚度越大温度不均匀性越明显;热压罐工艺中采用金属模块定位的方法可以明显提高加筋肋交汇处的尺寸精度和密实质量。研究结果对复合材料格栅结构制造质量控制技术的发展具有指导意义。     

大尺寸大厚度复合材料梁外形精确控制技术

大型复合材料零件的外形精度是其成型工艺的难点,针对大尺寸大厚度复合材料梁的结构特点,研究了影响大型复合材料U型梁外形精度的因素,通过精确的热膨胀补偿、回弹补偿和厚度控制等工艺方法对主要影响因素加以控制,实现了对大尺寸大厚度复合材料梁外形的精确控制.     

钣金框板零件的精密制造工艺

介绍了钣金框板零件的制造工艺,并结合公司ＭＤ８０转包生产中的大尺寸,高精度框板零件详细介绍了具体的精密制造工艺,对框板类零件的精密制造具有较强的指导作用。     

西飞公司完成多项复合材料胶接课题

1997年,西安飞机工业(集团)有限责任公司在新机多、难题多、人手少、时间紧的情况下,完成了干线飞机内装饰及复合材料制造、运七阻燃材料工艺技术、某新机背鳍垂直天线随炉试板电性能、A320后缘壁板零件工艺成形等七项科研攻关课题,其中运七阻燃材料工艺技术首次利用酚醛预浸料制造     

小口径变截面复合材料进气道结构功能一体化的工艺方法

某小口径变截面复合材料进气道的内腔尺寸小，表面处理困难，整体制造难度大，如何在满足进气道表面质量要求的基础上，降低工艺难度，同时赋予零件功能化，是目前亟待解决的问题。提出一种可实现结构功能一体化的工艺方法，采用分块组合式的结构设计，在工艺控制下成型出厚度均匀（表面波纹度不超过0.5 mm）、变形量小的蒙皮零件，同时在分块状态下完成喷铝、喷漆处理赋予零件功能化。采用法兰边连接和带板固定连接的协同方式，解决了分块蒙皮之间的对缝阶差问题。成功制造出满足设计和使用要求的复合材料进气道。     

飞机整体壁板时效成形技术

由于时效成形所得到零件残余应力小,成形过程中不需要过多的夹具,工艺可重复性好,能够提高可时效铝合金的抗疲劳特性等优点,因此成为大尺寸、内部结构复杂的整体壁板成形的重要解决方案。整体壁板是飞机的整体结构承力件,其特征是壁板的分隔薄板部分(蒙皮)与其他各个结构要素如加强筋条、下陷和凸台之间,以及其他各     

壁板组件柔性装配工装技术

飞机装配具有零件形状复杂、气动外形要求严格及精度要求高等特点,必须使用大量的工艺装配型架(简称工装)来保证装配质量[1].壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件,具有尺寸大、刚度低、制造和装配精度高等特点,其装配精度直接影响后续机身、机翼部装和总装的装配质量,是保证飞机装配精确的基础[2-4].     

整体壁板数字化展开建模方法

针对整体壁板零件数字化制造过程中对展开模型的需求,提出了一种整体壁板展开建模流程,针对曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板零件,运用基于单元等变形的复杂曲面展开方法和基于单元变形能的复杂曲面展开方法对曲面展开,并以型号整体壁板零件为例,分别验证了运用两种曲面展开方法展开外形面及所创建板坯模型的效率和准确性.结果表明,基于单元等变形的复杂曲面展开方法适用于曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板展开计算,展开的外形面及以此为基础建立的板坯模型形状尺寸准确,效率明显提高.     

复合材料主承力构件后压力框制造技术研究

先进复合材料的使用量已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志,并且是提高飞机性能和市场竞争力的重要手段。国产民用大飞机复合材料后压力框零件作为后机身部段重要的工艺分离面,零件采用泡沫填充的Ω形加强筋与已固化蒙皮共胶结的全新材料和结构一体化成形。零件制造精度要求高、制造难度大,无论是设计还是制造均属国内首次。该项目研制具有一定的挑战性,研究以零件制造为牵引,详细介绍了零件结构选型、制造工艺流程、制造技术方案、数字化柔性加持铣切技术、检测技术以及适航审定等内容。期望通过对后压力框零件制造全过程中产生的问题与解决措施的详细描述,对民用飞机复合材料零件,特别是大型主承力构件的制造与适航审定等方面提供参考。     

共固化成型复合材料加筋壁板的固化变形仿真技术研究

针对共固化成型的复合材料加筋壁板,建立了固化变形模拟计算流程,并开展了T800碳纤维/环氧树脂复合材料工形加筋壁板的固化变形预测,数值预测结果与试验测试结果吻合较好,验证了计算方法的合理性;基于模拟计算,进一步分析了温度工艺参数包括升/降温速率、保温时间等以及结构尺寸参数包括长桁宽度、高度和圆角半径等对加筋壁板固化变形...     

复合材料中央翼上壁板结构设计

目前大部分文献关注于复合材料零件结构设计,但是复合材料零件在设计结构的同时也是材料设计,所以铺层的设计是复合材料零件关乎成败的细节设计。通过对某型民机复合材料中央翼上壁板的设计,详细阐述了复合材料零件的铺层优化设计过程,总结出了诸多有意义的实际工程应用经验。