飞机壁板复合材料的工艺研究与加工探讨

逄守良

摘 要：复合材料在飞机零件中应用很广，已经成为飞机结构件材料主导材料之一，而复合材料的制造与加工技术还没有公开，有些高端技术还存在保密性，本文研究复合材料与其制造技术，分析了飞机壁板工艺要求与工艺设计以及壁板制造工艺与性能分析，掌握复合材料在飞机壁板零件上的应用。

关键词：复合材料与其制造技术；壁板工艺要求与工艺设计；壁板制造工艺与性能分析

中图分类号：TG115 文献标志码：A

1 复合材料与其制造技术

飞机整体结构上应用复合材料的位置很多，最早应用复合材料的公司为空客集团和波音公司，飞机整体上使用材料的对比图如图1所示。

复合材料在飞机上使用分为4个阶段。最开始用于整流罩和前缘这些受力比较小的位置；之后是在升降舵、襟翼位置；然后是在平尾/垂尾位置，受力较大；通过这些位置的使用，最终飞机复合材料的使用在整个机身和机翼上都使用。如图1 所示。

复合材料的传统制造技术是制作出复合材料的用样板，以这个样板为依据，制作出需求的尺寸，然后浸料，再由工人定位铺放、制袋，进入压罐设备中固化，这种加工方法需要的人工比较多，严重影响加工效率，而现在国际上的制作技术如下：

（1）使用纤维增强材料作为复合材料的基础，通过这个技术降低材料基础的制造周期。

（2）制造设备由原来的热压罐改变为非热压罐成型技术，降低成本，增加效率。

（3）自动化下料，通过自动化设备将铺带和浸泡加工过程优化，实现效率高、制造精度高等优点。

2 壁板工艺要求与工艺设计

飞机外翼壁板零件的结构是采用加强筋的结构，使零件的力学性能更好，同样为了得到更好的零件性能，长桁的界面形状为工型，如图2所示。

飞机壁板零件的制造是通过整体成型的技术加工的，这使得零件在飞机上安装时减少紧固件数量，对于这种工型壁板零件的加工一般采用一次共固化、二次固化胶接、二次共固化这3种成型。具体的加工工艺是先制造长桁，然后制造蒙皮、最后将它们组合在一起，加工成需要的尺寸，具体分析如下：

（1）制作长桁，长桁的制造流程是铺层、裁剪、造型，通过预浸料制成需要的毛坯，然后用裁床裁剪，最后成型。

（2）用自动铺带机进行蒙皮制造。

（3）将长桁与蒙皮利用胶接的形式组合成一体。

（4）将组合完成的长桁和蒙皮加压加温固化成型。

（5）将固化完成的壁板切除余量，使尺寸达到设计要求。

3 壁板制造工艺与性能分析

国内壁板制造上将传统工艺与现代设计相结合，飞机壁板零件在加工设备上选用热压罐、自动铺带机、数控下料机、激光投影儀和数控铣床等，同时还需要在良好的辅助加工车间和制造环境中进行加工。

通过激光投影辅助自动铺带机进行壁板铺放，铺贴的原则是利用加热灯或者枪对材料进行预浸料，在整个过程中铺贴的时间不要超过30min，在铺贴期间每铺1～3层，需要进行抽真空，将内部空气抽出，压力为负压0.08MPa，保持5min，拼层与搭接符合图3的要求。

预浸料的性能对制造工艺影响很大，为了降低这个影响，必须控制预浸料的物理性能和工艺性能，要求是控制挥发量，平均值≤1.0mg。同时层压板还需要有拉伸性能和压缩性能，拉伸是测试抗变形和断裂的能力，压缩是测试空气压力对它的破坏。

结论

我们在飞机复合材料的应用中，要了解复合材料壁板零件的设计要求与复合材料的特点，结合其自身的特性制定制造工艺与流程，对飞机壁板零件设计，从工艺的角度出发设计长桁，湿蒙皮和湿长桁，分析制造中所用的预浸料、工艺铺层和工装，验证工艺的可靠性和方法。

参考文献

[1]田嘉生，王枫.复合材料制件成形用模具材料研究[J].沈阳航空航天大学学报，1997（2）：34-37

[2]朱晋生，王卓，欧峰.先进复合材料在航空航天领域的应用[J].新技术新工艺，2012（9）：35-38.