航空复合材料结构铆接技术综述

当前复合材料已成为飞机结构最主要的材料之一,然而我国复合材料应用与世界先进水平相比还存在一定差距,典型特征是复合材料用量占比较低。和金属结构相比,连接是复合材料结构制造与装配的薄弱环节,复合材料各向异性、脆性等特点决定了其连接面临的问题更复杂。复合材料结构采用铆接对于飞机减重、控制制造成本具有积极作用,但复合材料铆接易产生损伤,限制了其在关键连接部位应用。对航空复合材料结构铆接技术的应用进行了系统介绍,包括铆接工艺及方法、复材铆接结构形式和复材铆接所用紧固件;指出铆接过程中复合材料产生损伤的3个主要方面：制孔过程的损伤,铆接过程复合材料结构表面承受的冲击损伤,以及镦头成形、钉杆膨胀时对复合材料的挤压损伤;重点针对安装过程对复合材料造成的冲击损伤、铆钉膨胀对复合材料造成的挤压损伤进行分析并提出相应的解决措施,主要从减小钉杆膨胀对复材的挤压程度、对复合材料采取保护措施两个方面入手;对比研究结论认为,制定合理的工艺规范、采用先进的铆接工艺方法和重视垫圈的保护作用可以有效抑制复材铆接损伤、提高复材铆接质量。最后,对复合材料铆接技术的发展提出了展望。     

飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势

先进复合材料自20世纪70年代就以比重小、强度高、疲劳性能好等优点在飞机中得到应用,大型客机大量采用先进复合材料结构已经成为航空领域发展的重要态势。随着先进复合材料在新机结构上应用比例的大幅度提高,更多的复材装配协调与应力控制的问题因此产生,复材构件装配协调与应力控制技术已成为我国飞机制造的关键技术之一。在总结先进复合材料装配协调技术研究现状的基础上,分析了飞机先进复合材料装配协调、应力控制技术的发展趋势,以对我国飞机先进复合材料装配协调理论与技术提供借鉴。     

飞机薄壁件批量铆接过程的模拟方法研究

机身壁板和机翼壁板是飞机装配过程中典型薄壁件,具有壁薄、弱刚性、曲率变化大等特点,在部装和总装阶段暴露出不同程度的铆接变形问题,且目前无法准确预测或消除.本文从铆接工艺和有限元模型两个方面,建立了面向飞机薄壁件批量铆接过程的有限元仿真简化模型,提出了基于接力计算原理,以MATLAB为二次开发平台,大型有限元软件包ABAQUS为核心求解器的批量铆接过程模拟方法,实现对铆接过程变形情况的分析与预测.通过试验验证该方法的有效性和可行性,为飞机薄壁件铆接变形的控制提供有效的理论支撑.     

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.     

飞机数字化柔性装配关键技术及其发展

飞机由几万甚至几十万个零部件组成,在结构上划分为机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼、襟翼、副翼、升降舵、发动机舵、舱门、口盖等.飞机的结构尺寸大,外形复杂,其结构件主要是钣金件或复合材料壁板件组成的薄壳结构,特点是形状复杂、连接面多、工艺刚性小,在加工、装配过程中都会产生变形.     

复合材料C型梁回弹变形影响因素权重分析

复合材料C型梁制造回弹变形的主要影响因素有几何结构、铺层间剪切效应和模具作用等。在复材固化过程中,这些因素共同作用,导致构件发生变形,对构件的几何精度产生不利影响。针对大飞机结构中常用的复合材料C型梁,通过理论分析、有限元计算和试验测量等方法,研究了上述因素对回弹变形的影响机理及其作用的权重,为精确预测和控制C型梁的回弹提供了依据。     

复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型热释放速率性能试验研究

以复合材料机身壁板本身和隔热隔音棉加上复材壁板的衍生构型为研究对象,依据CCAR 25 R4适航标准和热释放速率试验方法,测试分析了复材壁板本身以及隔音棉加上复材为整体组合构型的热释放速率特性,分析了不同因素对热释放速率特性的影响。结果表明：选用的复合材料机身壁板本身的热释放速率符合适航标准中规定的峰值热释放速率要求,但总放热量不满足适航要求;在复材壁板和隔热隔音棉的衍生组合构型中,隔热隔音棉的隔热作用抑制了后续复材壁板的分解,使衍生构型能够满足适航标准中规定的峰值热释放速率和总放热量要求,符合当前适航条款验证方法提出的符合性判据。复材壁板及其衍生构型的热释放速率符合适航标准中规定的峰值热释放速率要求。     

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。     

复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型发烟性能研究

回顾了国内外复合材料热特性相关领域的研究,梳理了这些研究的相似点和不同点,并指出了研究方向存在的空缺和不足,尤其是在适航层面研究的部分缺失。试验件为复材壁板和隔音棉相关衍生结构,并根据CCAR-25-R4和GB/T10671-2008固体材料产烟的比光密度试验方法,系统测试了复合材料、隔热隔音棉及其组合衍生构型的发烟特性,分析了隔热隔音棉对发烟特性的影响,探讨了现有适航条款及符合性验证方法的适用性。结果表明:复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型能够满足当前适航条款验证方法提出的符合性判据,隔热隔音棉有效降低了复材壁板的烟比光密度和烟气释放速率。     

飞机确定性装配技术及应用

确定性装配采用零件间特征自定位的方式,减少专用型架和夹具的使用,避免加垫、修配和配钻工作,逐渐被应用于飞机装配中。随着飞机复合材料整体构件的广泛应用,全尺寸确定性装配技术得到进一步发展和试验应用。本文综述了飞机确定性装配技术的国外应用发展和国内研究应用现状;总结了飞机确定性装配所需的关键技术,包括基于模型定义（Model-based definition,MBD）的智能加工技术、基于数字孪生的装配工艺优化、偏差估计与统计分析及智能化柔性工装技术;最后,针对型号飞机复合材料壁板装配,提出了全尺寸确定性装配的技术方案。     

大飞机关键制造技术

大飞机制造技术是航空领域技术水平和综合实力的集中体现,不断研发和提升复合材料制造技术、数字化装配技术、复杂钦合金零部件的加工成形技术、整体壁板成形技术等大飞机关键制造技术,是国家振兴航空工业的重要战略。     

飞机复合材料结构少无应力装配方法研究与应用进展

随着复合材料在新一代飞机机体上用量的大幅增加和应用范围的不断扩大,复合材料结构对装配质量和装配方法提出了更高的要求。系统总结、详细阐述了近年来飞机复合材料结构少无应力装配方法的国内外研究进展和应用情况,指出了国内在飞机复合材料结构装配应力控制技术方面的不足与差距以及未来的研究与应用发展方向。     

面向自动钻铆机的机身壁板模块化工装设计

基于对飞机机身壁板装配的结构特点与自动钻铆机钻铆工艺性的深入分析,针对某型号飞机机身壁板装配,研究某型飞机机身壁板装配工艺基础上,设计一套能够适应自动钻铆机机身壁板装配模块化工装。该工装可实现不同型号飞机机身壁板定位装配,可与自动钻铆机良好结合,为提高不同型号机身壁板装配二次定位精度和装配质量的稳定性与缩短生产准备周期提供了保障,同时结合人机仿真技术与动态测量技术验证该工装在某型机身壁板装配中的应用。     

飞机复合材料结构装配连接技术

随着复合材料在飞机结构上应用比例的大幅度提高,复合材料结构装配连接方面存在的问题逐渐突出。与国外飞机制造公司相比,我国复合材料结构制造装配基础差、技术水平低,复合材料结构装配连接技术已成为我国飞机研制过程中的关键技术之一。     

读来读往

<正>在航空领域,复合材料的应用已从最初的次承力结构大幅扩展到机翼、机身等主承力结构,其用量和减重效果已成为衡量飞机先进性的重要标志。本刊携手JEC为读者奉上本年度新一期的复材专刊。本期中,专稿针对真空热循环对T700/3234复合材料疲劳性能的影响进行了详尽论述;封面文章介绍了大型复合材料构件固化变形分析方法研究进展;论坛以"复     

数字化自动钻铆在飞机机身壁板上的应用研究

针对飞机制造领域中高质量、高效率的自动化装配需求,提出一种当今飞机制造发展趋势下的新概念“飞机机身数字化自动钻铆装配技术”,并从飞机制造和装配的观点,研究了飞机机身数字化自动钻铆装配技术中的制造和装配问题,分析了自动钻铆设备的结构和工作原理,分析了机身壁板定位夹具的确定,研究了机身壁板的装配工艺,分析了数字化自动钻铆技术在机身面板上的应用过程,并对自动钻铆装配技术的工艺性进行了实际验证和系统的分析研究,以期通过有效研究达到实际应用的目的 ,并有效缩短飞机的研制周期、降低生产成本和提高飞机产品的竞争力。     

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。     

飞机结构中柔性件装配偏差分析与控制研究进展

飞机柔性结构的装配偏差分析与控制一直是飞机装配中的难点,随着复合材料在飞机结构中的广泛应用,这一问题越发明显.采用预浸料固化工艺的复合材料零件具有制造偏差大、非主应力方向在装配过程中容易损伤等特点,对柔性件装配中的偏差分析和控制提出了更高的要求.如何合理地进行容差分配、工艺补偿、过约束装配以满足装配后的性能要求,是目前...     

大型整体壁板成形技术

 大型整体壁板是现代先进民用飞机的重要结构件,大型整体壁板成形技术是整机研制过程中所必须要解决的重大关键技术。从大型整体壁板的结构特点出发,介绍了整体壁板的结构形式和分类,重点阐述了整体带筋壁板喷丸成形技术和时效成形技术的国外研究应用进展及发展趋势,分析了国内现有整体壁板成形技术的基础和存在问题,特别介绍了国内在ARJ21新支线飞机研制中所取得的最新进展。最后针对中国大飞机研制的紧迫需求,提出了尽快开展大飞机机翼和机身整体壁板成形技术研究的建议和对策。     

复合材料J型加筋壁板自动化成型技术研究

通过在复合材料加筋壁板中使用自动折弯技术制造最复杂的J型筋条,使用芯材拉挤自动化成型技术制造芯材,再采用共胶接的方法制造出了符合要求的复合材料加筋壁板,使复合材料筋条和芯材的自动化成型技术成功地运用到了复合材料加筋壁板零件的制造上,提高了生产效率并稳定了产品质量,为复合材料加筋壁板自动化生产线的建立奠定了基础。