VARI技术在民机襟翼结构上的应用研究

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1、VARI技术在民机襟翼结构上的应用研究ApplicationofVARITechnologyinCivilAircraftWingFlapStructure中航复合材料有限责任公司刘强赵龙卓鹏中国商用飞机有限责任公司北京民用技术研究中心陈志平张璇刘强高级工程师．主要研究方向为复合材料液体成型技术．特别是VARI成型技术。．先进轻质复合材料具有高比强度、比刚度，抗疲劳和腐蚀性能好、材料力学性能可设计、易于整体成型等优点，正在逐步成为新一代民机的主要结构材料。它在民机结构中的高+国家高技术研究发展计划(863计划)(2012A

2、A040209)资助。80航空制造技术-2013年第22期在民用客机复合材料领域。中航复材联合中国商飞北京民用飞机技术研究中心针对民机复合材料襟翼开发了全新的襟翼结构，并针对大规模生产的需要开发了新型的VARI技术。为VARI技术在我国民用客机上的应用奠定了坚实的基础。用量不但可以大幅度提高飞机安全性、经济性、舒适性和环保性，也是飞机市场竞争力的象征。以波音和空客为代表的西方航空发达国家飞机制造商已在其研制的大型民用飞机结构上普遍采用了先进复合材料，达到了设计中结构减重、制造中降低成本和使用中节能减排的目的，获得了巨大的经

3、济利益和良好的社会效益。目前波音787先进轻质复合材料占全机重量的50％，空客A380复合材料用量达到25％，A350宽体机复合材料用量预计达52％【l。21。预浸料／热压罐技术是最早在航空复合材料结构上大面积推广使用的技术，具有成形质量稳定、材料性能高、适用结构范围广等优点。但在用量不断扩大的同时，传统复合材料成型技术自身的不足也开始逐渐暴露出来，突出的问题主要表现在较高的制造成本。这是由于目前航空、航天等领域所采用的树脂基复合材料构件大多采用预浸料／热压罐成型方法，预浸料的制备及储藏、工艺过程繁多且复杂造成的辅助材料、

4、人力和能源的大量消耗和昂贵的设备投资，势必带来复合材料构件的高成本，这在一定程度上限制了复合材料的扩大应用。为克服传统复合材料的不足，国外率先发展了以RTM(ResinTransferMolding)技术、RFI(ResinFilmInfusion)技术和VARI(VacuumAssistedResinInfusion)技术为代表的复合材料低成本液体成型技术。与传统的预浸料／热压罐工艺相比，液体成型工艺不需要昂贵的设备投入，省却了预浸料的制备和储藏，而且可以结合编织、缝合等手段实现复合材料结构的三维增强，从而达到结构减重和

5、降低复合材料制造成本的目的，目前国外已将该技术广泛应用于航空结构件的制造13-91。VARI工艺即真空辅助树脂渗透工艺，其原理是将按照结构和性能要求制备好的纤维预成型体放置在模具上，在真空力作用下使液态树脂在预成型体内流动并浸润纤维，再经升温固化、冷却脱模得到能够承载的复合材料构件。VARI工艺原理如图l所示。VARI技术具有预浸料／热压罐技术所不具备的优点，主要有：(1)工序简单可靠，可实现大尺寸复合材料构件的一次整体成形；(2)可设计性好，既可利用NCF等织物实现设计简单化，也可结合泡沫、蜂窝等夹芯材料实现结构的多样化

6、；(3)结构增强手段丰富，可结合缝合、Z—Pin、编织等技术实现复杂结构的整体成形和z向增强；(4)无需热压罐，制造成本低。件的纤维体积含量、厚度均匀性、质量一致性要求不高。但在航空复合材料领域，对复合材料制件的纤维体积含量、力学性能，尤其是质量一致性均提出了较高的要求，因此，VARI技术要在航空复合材料构件上实现工程化应用，还需解决以下问题：(1)材料的高性能。即开发高性能的基体树脂和增强材料，同时提高VARI成型复合材料的性能。具体表现在：开发配套的高性能低粘度树脂，满足VARI技术所需的工艺适用性要求；开发高性能的碳

7、纤维增强织物；提高VARI成型复合材料的纤维体积分数，由50％～55％提升至55％以上，力学性能需满足高性能航空复合材料结构的要求。(2)工艺的高效率和高稳定性。提高VARI成型的复合材料批次稳定性，使其能够通过严格的适航认证；同时简化生产流程，以满足大规模生产的需要。为了实现上述目标，国外在基体树脂、增强材料及工艺多方面进行了技术革新。(1)基体树脂方面。目前，国外可用于VARI工艺的树脂较多，主要有乙烯基类、环氧类、进黝—石沐h—kf，．、瓮I苴·I1Vr～l_I_IIII

8、纤维预制体U图1VARI技术原理图VARI技

9、术在国外新型客机襟翼结构上的进展及应用VARI技术初期是从造船业和风电叶片制造业发展起来的，其目的是以替代传统的低效低性能的玻璃钢手糊成型复合材料工艺为主，对制双马类、氰酸脂类及苯并恶嗪类等。乙烯基类树脂具有较低的成本、常温下低粘度等特点，但力学性能较低更适合风电叶片等民用复合材料结构；而国外航空企业更