国内航空复合材料工程化应用相关问题探讨

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1、国内航空复合材料工程化应用相关问题探讨SomeIssuesonEngineeringManufactureofCompositesinDomesticAviation中航复合材料有限责任公司邱启艳程文礼徐洪波陈静邱启艳高级工程师．毕业于沈阳航空工业学院，现在中航复合材料有限责任公司从事树脂基复合材料研发和制造工作．先后主持完成了歼十等多个型号的复合材料结构预研和生产工作．荣获二等功1次，三等功2次及总装高技术武器发展建设工程荣誉奖章1次。先进树脂基复合材料具有比强度／比模量高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好、便于大面积整体成型以及电磁性能可调等特点，

2、已广泛应用于飞机结构。复合材料用量已成为目前衡量飞机先进性的一个重要标志。国目前，国内航空复合材料工程化水平与国外的差距表现为基础研究不充分，产品质量波动大，生产管理过程没有充分体现考虑成本的制造。应通过复合材料技术研究和工程应用过程，逐步解决关键技术及瓶颈问题，建立生产管理体系，完善标准及规范，提高标准化作业、设备控制精度、模具设计一制造、自动化及数字化的应用水平以及解决工艺问题的经验及技术手段，为我国日益增长的航空复合材料应用工程化制造提供依据。外先进军机上复合材料用量约占全机重量的20％～50％，大型民用飞机用量已超过了50％。纵观国外复合材料工程应用的经验和做法，发

3、达国家都是有步骤地逐一执行各项计划，开展务实而有效的预研工作，从而推动了复合材料应用的进展。在美国等航空工业发达国家，树脂基复合材料的总体发展水平很好地满足了当代最新型的战斗机(如F一22、F一35)和大型民用飞机(如A380、波音787)的相应需求，其设计和制造技术已经达到成熟的工程化应用水平，并形成了一系列的标准规范。国内先进军机上用量在6％一9％，已用于垂尾、平尾、副翼、鸭翼等结构，并且用量在一直上升，新机型的用量将达20％以上，复合材料生产也具有一定的规模和水平。然而飞机复合材料构件的批生产历程短，制造技术工程化应用所依赖的批生产经验也相对较少，因此技术的工程化与技

4、术本身的发展状况相比显著滞后。随着国内航空复合材料的发展，将面临更庞大的批量化生产需求和更为复杂的先进技术要求，如何使我国航空复合材料构件的生产达到系统性、计划性、周密性、完整性的工程化生产是航空复合材料行业急需解决的问题。本文总结了国外复合材料工程化应用过程，并在多年从事航空复合材料研究与生产的实践基础上指出了影响国内2013年第15期·航空制造技术77航空复合材料工程化的主要问题并提出了相关建议，为国内航空复合材料工程化应用提供了一些可供参考的依据。国内外航空复合材料研究与应用进展1国外航空复合材料研究与应用进展先进复合材料于20世纪60年代中期一问世，即首先用于飞行器

5、结构上。30多年来先进复合材料在飞机结构上的应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路”】。鉴于复合材料对飞机机体结构的重要性，美、欧等世界航空发达国家和地区十分重视复合材料技术的研究，从20世纪70年代开始，以美国为主导，进行了一系列旨在提高复合材料技术水平、降低复合材料成本的研究计划，并最终取得大量的研究成果，为如今复合材料在飞机上的大面积应用奠定了基础，表1列出了欧、美部分复合材料研究与应用计划。可以看出，美、欧等国十分重视复合材料的基础研究，在复合材料发展的各个阶段开展了相应的研究计划，并以NASA等国家部门为发

6、起者，各大制造厂商及科研单位参与的方式，这样目标明确，针对性强，在提高复合材料基础理论研究水平的同时，更注重成果的工程化应用，技术上的不断提升也为工程化批生产奠定了基础。值得注意的是，美、欧航空工业发达国家十分注意技术的积累，并形成了一系列的标准规范，经过了几十年的工程化发展，在设计、材料、制造和试验等方面已经形成了规范化、标准化的完善体系，进而保证了目前如波音787、A380、A350等大型飞机的研制及生产。事实上，在复合材料研究的各个阶段也形成了相关的指导性文件，见表2。这些指导性文件为航空复合材料结构设计、制造及适航表1国外航空复合材料研究计划}3认证提供了依据和指导

7、，也为工程化应用提供了理论基础。此外，各大飞机公司也都形成了自己的设计手册，并不断修订，以起到指南和规范的作用。在材料和工艺上也形成了自己的规范，以确保复合材料部件具有良好的重复性。以波音公司为例，复合材料方面的材料标准(如BMS8、BMS9系列)就有几百项，包括了从第1代的T300及其环氧基复合材料到目前的T800H及其增韧复合材料。在成型工艺方面，最具代表性的就是BAC5317系列，操作标准可以明确产品的制造方法和要求，是标准作业和管理的根本，也是取得相关认证的基本条件。2国内航空复合材料研究与应用进展国内航空