自动铺带技术在复合材料机翼蒙皮的应用

对某型机复合材料机翼蒙皮的结构、材料进行分析,制定了某型机机翼蒙皮的铺带制造工艺方案。通过精确铺放控制设计、同向铺带与交叉异向铺带设计、自动铺放与激光投影、自动下料技术配合使用,成功将铺带机技术应用于某型机复合材料机翼蒙皮的制造,制造出的机翼蒙皮,其无损检测内部质量合格,铺带间隙和表面质量满足设计要求,为铺带机技术在复合材料铺带的应用奠定了坚实的基础。     

从A350XWB看大型客机的选材方向

空客公司认为,A350XWB的选材少了一些教条主义,目的是充分发挥各种材料的优势.在结构材料中,复合材料的结构重量高达53%、包括铝锂合金在内的铝合金占19%、钛合金占14%、钢占6%,其他8%.复合材料主要用于机翼蒙皮、桁条及翼肋,在机身上主要用作蒙皮、机身骨架、隔框及大梁,平尾及垂尾也由复合材料制成.A350XWB的地板梁.翼肋及起落架舱门用铝及铝锂合金制造,钛则主要用作发动机吊挂、连接件以及起落架材料.     

双马来酰亚胺基碳纤维复合材料胶接用结构胶膜

针对双马来酰亚胺基碳纤维复合材料胶接用结构胶粘剂进行了研究.研制的一种高强度、高韧性结构胶膜能够满足双马树脂基复合材料及其共固化的胶接要求,并且对金属(铝合金、钛合金等)也具有较好的粘接强度.该胶还具有良好的耐介质、耐老化性能,可在200℃下长期工作.     

自动铺带技术在航空复合材料制造领域的应用

目前,复合材料已经成为航空航天领域的重要材料,航空工业的复合材料时代已经来临.以波音和空客为代表的大型客机波音787和空客A350,复合材料应用比例分别已达到和超过了50％,整个机身、机翼结构几乎全部采用了碳纤维复合材料,取得了显著的经济效益.这些大尺寸复合材料构件,均采用了自动化制造技术,机身采用自动铺丝技术,机翼采用自动铺带技术.自动铺带技术在加工翼面类小曲率复合材料构件和某些梁、长桁等复合材料构件方面具有很强优势.     

美国B-2轰炸机的发展历程(下)

B-2飞机的结构特点B-2飞机的机翼主要由一根钛合金翼梁和一个在中央段/内翼段贯通的钛合金盒式结构构成。该结构为简单的承力结构件。外翼段为独立的复合材料组件,长19.8米。整体加强蒙皮厚23毫米。左右机翼内形成若干整体油箱,总燃油容量达74844千克。机体后段部分长15.2米,也由复合材料制成。机翼前缘内部是锲形隔板,内填蜂窝状雷达吸波材料,能使电磁波能量在反复折射中消耗掉。整个机翼前缘复盖绝缘材料,发动机舱四周采用耐高温复合材料以使发动机能够埋藏在机翼的中翼段内。这些材料能承受232℃的高温。进气道呈S形,以     

新型民机的选材分析

窄体客机与宽体客机所执行的任务不同,自然不能照搬宽体客机设计时的选材方案。新一代窄体客机虽然在尾翼及机翼控制面上仍采用复合材料结构,但机翼及机身的选材则会随机种的变化出现较大差异。铝合金,特别是铝锂合金由于成本低、生产风险小,有可能成为复合材料的强劲对手。钛合金由于与复合材料的相容性好,未来也将会在民机材料中占据重要地...     

复合材料翼面结构综合优化设计技术

概要介绍了复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多种约束条件下的最小重量设计技术。对优化过程中遇到的复合材料的静强度准则、均衡约束、动态上限等问题提出了相应的解决方法。用基于该技术和方法而编制出的综合设计程序系统对一个三角机翼复合材料结构进行了综合优化设计研究,在满足许用应变、尺寸限、均衡、颤振速度等约束条件下,经6次迭代得到了最佳的铺层设计结果。该机翼全尺寸静强度、耐久性/损伤容限及共振试验结果表明:理论计算与试验符合;复合材料构件中的最大应变小于许用应变约束限制;按许用应变设计出的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性/损伤容限要求;颤振速度比同状态金属机翼提高23％;减重效率为20％。     

阳极化钛合金的接触腐蚀

异种金属接触因电位差而产生腐蚀问题。接触腐蚀导致结构的强度损失和腐蚀增重。复合材料飞机垂尾、襟翼、副翼与铝合金或钢机身或机翼连接常用钛合金螺栓。因而,要研究减少和避免钛合金紧固件接触腐蚀的电化学机制。 1.实验结果 实验采用的电解液为自然状态的5％NaCl溶液,电解池中参比电极是饱     

复合材料翼面结构综合优化设计技术

概要介绍了复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多种约束条件下的最小重量设计技术。对优化过程中遇到的复合材料的静强度准则、均衡约束、动态上限等问题提出了相应的解决方法。用基于该技术和方法而编制出的综合设计程序系统对一个三角机翼复合材料结构进行了综合优化设计研究,在满足许用应变、尺寸限、均衡、颤振速度等约束条件下,经6次迭代得到了最佳的铺层设计结果。该机翼全尺寸静强度、耐久性/损伤容限及共振试验结果表明：理论计算与试验符合;复合材料构件中的最大应变小于许用应变约束限;按许用应变设计出的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性/损伤容限要求;颤振速度比同状态金属机翼提高23%;减重效率为20%.     

复合材料在飞行器上的应用

目前,无论在民用飞机还是军用飞机上,复合材料部件得到了不断的发展和应用。所谓复合材料:指的是一种多相材料,由多种性能极不相同的材料组成,在合成物中能独立存在并在性能上互补,它同铝合金、高强度钢、钛合金一起被称为四大结构材料。复合材料,其强度、疲劳特性与损坏安全性等都比金属材料优越,可使飞机重量减轻,费用减少,且便于复杂型面的加工与组装。利用碳纤维的各向异性性质,还可采用合理铺层方法,进行“气动力剪裁“,实现“变弯度机翼(任务适应性机翼)“。从而能显著地改善飞机的性能和经济效益。     

新型钛合金TB8的应用研究

TB8钛合金是我国“九五”期间研制的新型亚稳β型钛合金，其名义成分为Ti-15MO-3Al-2.7Nb-0.25,可通过时效获得较宽的强度范围，是一种理想的航空结构材料。此次课题采用该材料代替30CrMnSiA结构钢钢制造某机后机身承力框65框上框段三个锻件结构件焊接组合件（实现减重15%-20%），大大提高了飞机的结构效益。     

整体加筋壁板的破损安全特性与断裂控制分析

用有限元和断裂力学方法分析大型整体机翼下壁板的破损安全特性。对一个九桁条铝合金整体加筋板,裂纹从断裂筋条下向两侧均匀扩展的开裂形式,进行了应力强度因子和剩余强度计算,并和另一个具有相同构形的铆接加筋板的结果进行对比。当裂纹长度在两倍桁条间距以内时两种加筋板的剩余强度水平相当。但是当整体壁板中的裂纹穿过外侧相邻桁条时,整体桁条的止裂能力逐渐减弱。研究对整体壁板蒙皮胶接止裂条的断裂控制措施及有限元建模分析方法,描述止裂条胶层局部脱粘的处理方法和迭代过程。止裂条材料分别选用了钛合金和单向层压复合材料。计算结果说明胶接止裂措施能显著提高整体加筋板的破损安全性能。     

美国第10届航空材料年会及展示会动态

大型飞机铸件在美国举行的第１０届航空材料年会及展示会上,ＰＣＣ结构公司的精密铸件分公司展示了它的航空发动机大结构件的铸造能力。结构用高温铸件的直径达到２．１ｍ,铸件重量３１８０ｋｇ;钛合金铸件直径达２．５ｍ,或长２．５ｍ,铸件重７７０ｋｇ。ＤＷＡ铝基复合材料ＤＷＡ铝复合材料公司展示了非连续增强铝产品,包括挤压件、轧压件、锻件及其他变形工艺。所用的材料系统包括６０９２和２００９铝合金,ＳｉＣ颗粒体积百分率为１５％～２５％（结构用）,３０％～３５％（热胀及热管系统用）。喷射成形铝英国的Ｏｓｐｒｅｙ金…     

工艺动态

喷射成形大型航宇合金零件 　　喷射成形技术正在很快成为制造飞机发动机镍铝超级合金零件的一种最具成本-效益的可靠方法。这种技术采用很细的金属合金雾滴制造零件，在许多情况下用这种方法制造的零件比传统方法制造的零件更坚固，更有韧性。 　　在加工时采用氩气或氮气使金属呈雾状，形成液滴(10～500?μm)，然后通过锥形喷流沉积在预成形件的表面。添加陶瓷颗粒(5～15?μm碳化硅)转换合金涂层以形成金属基复合材料。该工艺特别适于制造发动机环和外壳等零件，在某些情况下比传统制造方法降低生产成本30%。 　　随着飞机发动机体积增大，通过传统方法制造令人满意的、有严格安全标准的部件显得日益困难。喷射成形技术制造的零件与传统方法制造的零件的强度和疲劳特性相同，因此，可以充分利用以前不适用于航宇零件的合金。由于这种工艺可以制造出大型零件，因此可用于制造更大的发动机和飞机。 　　采用高速加工单元 减少循环时间和装配时间 　　最近波音民机集团的Wichita公司开始采用高速加工单元更快更有效地制造飞机窗户连接隔框。铝钛锻件加工的窗户连接隔框包裹在飞机座舱的周围，制造起来很复杂。每个窗户连接隔框由带有100多个孔的复合角材组成。每个孔都必须很精确，公差为千分之几英寸，用传统方法很难加工，需要多次设定。这种情况不但影响循环时间，而且多次加工产生的热量可能使零件翘曲，损坏零件的整体性和精度。Wichita公司选择了3台高速加工单元，提高了零件的质量和产量，减少了循环时间。 　　新的加工单元包括9台Makino MC1816-5X高速加工中心，不但省去了专用机械设备，而且还合并了零件的精加工和钻孔工序。比以前的设备速度快30%，能制造更多高质量零件。高科技支撑系统可缩短每次循环时间，增加主轴的利用率，减少操作者出现误差的机会。MC1816-5X高速加工中心由A2单元控制器支撑并且是标准化工装，能为新一代737以及767和777飞机制造24种不同的窗户连接隔框。 　　高速钻削是新系统的主要应用。由于在MC1816-5X上进行钻孔工序，孔的精度从几百分之一英寸变为几千分之一英寸。嵌入式钻削刀具和端面铣用10?000?r/min的速度铣孔。切屑带走因切削产生的热量，减少了在工件上切割时的热影响。 　　零件的质量也影响窗户连接隔框组件的加工循环时间和成本。用于装配时消除由于零件不精确引起飞机铝蒙皮和窗户框之间的小间隙的衬垫已经减到最少。 　　传统装配这些零件需要几百个定做的垫片，制造和安装垫片负面影响了装配时间、成本和窗户组件的质量。现在只需一块垫片，而且已经特别设计到组件中。MC1816-5X加工中心的探测仪在加工过程中跟踪检测零件精度，保证没有人为误差。 激光成形技术——用粉末制造飞机零件 　　航空航天工业中采用一种激光成形技术，用粉末状钛制造高科技钛件。这是一种新的工艺，可以降低样机零件的生产成本。美国明尼苏达州的研究人员研究了这种激光成形工艺，可把钛合金粉末沉积到基材上，形成可加工到低表面粗糙度值的“预成形”形状。这种工艺可比传统的铸造法或其他加工方法减少生产废品80%，并把生产周期从几个月减少到几周。 　　激光成形工艺是在惰性气体(通常是氩气)室中采用高功率二氧化碳激光熔化基材和正在沉积的钛粉。采用这种工艺制造零件，激光保持不变，而零件本身通过计算机数控(CNC)装置移动。CNC机床随刀具轨迹移动。设计者采用标准的计算机辅助设计软件设计的实体模型直接形成刀具轨迹。该技术对于制造样机零件和小规模生产运行是理想的，还有可能广泛应用于钛合金加工。 降低飞机噪声的新工艺 　　通过采用Sulzer Metco公司的新型等离子喷涂内径技术，可制造更安静、效率更高的飞机发动机。 　　在2～4座的小型飞机中，发动机占了飞机总重量的很大比例。因此，如果采用较轻的材料制造发动机，飞机会更轻，污染会更小。这种既轻又有强度的材料是铝硅合金。但是在汽缸内径和活塞环之间还有摩擦问题。传统的解决方法是在铝块和活塞环之间插入铸铁环，这样就增加了重量和成本。另外还试验了其他方法，不是成本较高，就是产生了环境问题。 　　Sulzer Metco公司提供的解决方法是用耐磨损和摩擦的等离子涂层喷涂铝孔的内径。在喷枪头的旋转速度达到200次/min的Rota-Plasma-500设备上进行。35?mm内径可获得稳定的表面，可自动重复连续生产。 　　目前瑞士Langenthal的MDB Flugtechnik公司已成功应用这项技术制造了四缸铝发动机，采用液体冷却，使用无铝燃料，降低了常用的汽缸内衬的重量，发动机更轻了。 CNC改进了航空航天工厂的多轴向加工 　　制造数据系统公司(MDSI)的Open CNC软件是一种全软件化的CNC软件包，不但能满足航空航天用复杂的五坐标机床的需要，而且能帮助减少循环时间，增加可利用时间。采用MDSI的软件，机床总体性能大大提高。在双主轴Rigid五坐标铣床和Sundstrand五坐标Omnimil机床上安装了MDSI的Open CNC软件以后，明显提高了生产率，并能把网络上的一串机床连接起来，进行遥控诊断、直接数字控制和数据收集。此外，还可按照所需要的方式进行管理。 复合材料设计软件减少了 欧洲战斗机零件的加工时间 　　复合材料设计软件正在帮助英国航宇公司的工程师们大大减少欧洲战斗机2000中的复合材料的加工时间。美国马萨诸塞州复合材料设计技术公司(CDT)的制造工程师们在计算机上确定复合材料铺层，取消了过去在复杂表面上进行复合材料铺层的试车，消灭了误差。新技术保证制造能反映设计意图。通过取消不必要的补片可减轻重量，英国航宇公司也希望通过采用这个软件节省生产时间。 (盛蔼伦　供稿) 摩擦搅拌焊接技术用于航空航天领域 　　Eclipse航空公司打算把摩擦搅拌焊接技术应用于航空产品上。首先在薄的材料上应用。这是公司为制造强大、安全和经济性飞机计划的一部分，将在价格和性能上有新的突破。 　　摩擦搅拌焊接被用于波音火箭Delta家族的主要结构生产，并被批准用于航天飞机的外部燃料箱。此外，它还用于造船和海运业。摩擦搅拌焊接技术的优点很多，它取消了几千个铆钉，从而节省了装配成本，并且使连接件强度更高、重量更轻、结构效率更高。 　　摩擦搅拌焊接使用一种特殊的工具，该工具上带有突出的销棒，把销棒插入两片要焊接的材料之间，并且沿焊接区域移动，同时高速转动。这样在工具与铝合金之间产生摩擦热，使铝合金软化，但不熔化，材料变为塑性状态与基体成为一体。 　　Eclipse航空公司致力于设计和生产一种现代、经济的喷气飞机，以此改变运输机市场。公司正在应用产生巨大变革的推进装置、制造及电子系统来生产比今天更安全、成本更低、操作更容易的小型喷气飞机。 在B-2飞机上应用的新材料 　　美国空军正在试验一种新型磁性雷达吸波材料，目的是极大地减少对B-2轰炸机隐身表面进行维护的时间和精力。如果该材料满足预期的要求，将在今后7年计划要维修的20架飞机上应用。喷涂在雷达上的新型吸波材料试验是在加利福尼亚的爱德华空军基地进行的，这项试验将使维修时间从以小时计算缩减到以分钟计算。 　　新型材料名称为交变高频材料(Alternate High_Frequency Material，AHFM)，是一种永久涂层。这种涂层被喷涂在轰炸机外围有口盖的壁板处，大约90%可移动蒙皮壁板使用这种材料，从而减小缝隙尺寸，避免反射雷达信号。使用这种材料的大部分壁板是在B-2机身的下侧及靠近前缘及后缘部分。此外，用紧固件固定的壁板也要喷涂这种材料。使用该技术主要是提高飞机的低可探性，并且可使非隐身的军用飞机具有一定的隐身性。 (任晓华　供稿) 高速高精密龙门式加工中心 　　目前正在英国Marwin Production Systems公司的Wolver hampton工厂制造的高速高精密三轴联动CNC龙门式加工中心的床身有45?m长，7?m宽，比目前世界上航空航天工业领域中所使用的其他机床要大得多。该机床已由英国宇航系统的空中客车公司订购，用于加工空中客车A340-600的铝合金机翼蒙皮板。 　　该机床是Marwin Production Systems公司的Alumax系列产品，它有两个平行的41?m×3.6?m×0.55?m的加工区，可同时进行加工。龙门移动，立式双主轴，每一主轴具有85?kW功率，最高转速20?000?r/min,工进20?m/min，±1?m/s2加减速度。为了确保X轴定位的高精度，Marwin Production Systems公司采用了激光位移检测装置来代替常用的磁尺或光棚位移检测装置。该机床还装置了非接触式自动测量加工板材厚度的超声波检测系统、两个独立的ATC及刀具识别和使用寿命监测装置等，特别适用于航空航天工业铝合金板材和左右对称件的高效高质加工。Alumax系列的一台单龙门、五轴联动、30?m长床身的CNC高速高精密加工中心已在韩国航空工厂的新车间中运行，A、B轴的使用范围为±30°，该机床主要用于加工欧洲和美国的飞机零件，使用效果令人满意。 　　Marwin Production Systems公司已生产的Alumax系列产品中最大的机床是床身长87?m、三龙门、五轴联动的高速高精密CNC龙门式加工中心。该机床可容纳6个21?m长的机翼板材同时加工，是目前世界上最大的龙门式加工中心。 (是有钧) (栏目责编　宇　迪)