大飞机复合材料结构制造和检测技术

马向群

摘 要：超混杂复合材料技术在国内还处于研发阶段，若要用于大飞机的制造上应从多方面着手，合理避开产权侵犯风险.热塑性复合材料目前在大飞机上的用量较少，专利不多，这就给国内有了原创的机会，有关院所可以根据实际情况抓紧攻关，尽早形成自己的专利.

关键词：飞机复合材料;结构制造;检测技术热塑性复合材料;复合材料技术;专利研发阶段;产权侵犯;院所;原创攻关;风险

一、大飞机复合材料结构制造和检测相关技术分析

1.1 复合材料成型模具技术

复合材料成型模具技术贯穿于复合材料制造的各种技术中，在大飞机上应用的专利仍以国外为主，有一些具有很高的借鉴价值，如有介绍气囊成型复合材料薄壁结构控制拐角质量方法的专利;有介绍阴、阳模成型技术解决拐角缺料的方法;有介绍用來制造回转体的水溶性模具的专利，还有介绍成型复合材料大型构件连接分段芯模的工具和多模块叠合模具，其中也有不少技术水平与目前国内技术水平相当，如某专利的加筋壁板定位所用工装模具技术在国内就有类似。模具随成型工艺的变化较大，根据不同的工艺技术合理改变模具的设计和制造方法，可以达到即借鉴国外先进技术又防范产权侵犯的效果，另外开发新材料，采用新技术也是一种避开专利地雷的好方法。

1.2 胶接/共固化整体成型技术

胶接/共固化技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构，其结构重量轻，密封性能好，抗声振和颤振的性能突出，能大量减少零件、紧固件数目，从而实现复合材料结构从设计到制造一体化成型，在大飞机上的应用前途广泛，是整体化制造的关键技术之一。国外复合材料胶接/共固化整体成型技术从70年代开始就有相关专利，最近几年申请的专利更多，技术也越来越先进，其中美国最多，主要以波音公司为主，欧洲以空客为主，日本的富士重工也有相关专利文献，主要应用于共固化整体成型加筋壁板、机身结构，发动机整流罩，蜂窝夹层结构等，一些专利技术中还阐述了许多目前正在运用的先进制造技术，比如自动生成桁条技术、模具技术、封装方法、组合定位、形位控制等，这些技术对我国大飞机复合材料技术的开发具有很高的借鉴价值。还有一些专利技术基本覆盖了我们目前的技术，属于高风险专利，在大飞机设计和制造上应予以避免。另外，也有很多专利从技术方面看仅是个结构概念，比如一些关于加筋壁板结构的专利，在设计和结构上均有很多可以改进和替换的地方，对这些专利的改进，应用以及形成自己的专利还需根据实际情况进一步研究。从整个专利的分析结果看，国内还没有关于自主知识产权的飞机构件胶接/共固化整体成型技术的专利，虽然一些技术在国内一些型号上已经展开应用，且与国外一些专利技术水平相当，比如北京航空制造工程研究所的加筋壁板共固化成型技术、蜂窝夹层结构共胶接整体成型技术，相对国外一些专利的技术水平已有过之，应尽快形成自己的专利，并加以保护。

1.3 超混杂复合材料技术

超混杂复合材料即金属-纤维复合材料层板，目前用于大飞机的主要是A380机身蒙皮的GLARE层板（铝箔-玻璃纤维复合材料层板），其具有优良的抗拉-压疲劳性能，同时可以大大提高了缺口断裂性能。这部分专利属荷兰福克（Fokker）公司的较多，但大部分是概念性问题，不具有新颖性，个别具有参考价值的如介绍液态树脂在真空作用下浸润纤维-金属层板的方法，类似于RTM工艺。除了热固性树脂浸润纤维-金属片外，还有以热塑性树脂作为基体的金属-纤维层板，另外，还有一些介绍钛合金-纤维增强复合材料层板制备方法的专利，超混杂复合材料层板技术国内正在研究中。复合材料构件无损检测技术复合材料构件无损检测技术的专利主要是针对复合材料结构的检测系统、方法与设备，这部分专利以波音公司的专利为主。

二、对我国大飞机复合材料制造

2.1 与检测技术发展的建议

由七八十年代至今国外所发表的专利，几乎涵盖了复合材料制造与检测的各种技术，美国以波音公司为主，又占据了大部分专利，他们经过多年的技术积累，在复合材料制造技术方面已经有了较为先进和完整的专利体系，有些重要的核心专利，专利权人在其即将到期时又重新申请，以延续其知识产权的保护，在这种情况下，后来者的创新难度较大，但是前人富有成效的工作和创新思路，又会给后来者莫大的启示，使之有可能在前人工作的基础上，开发和发展自己的知识产权。目前大飞机的研制刚刚起步，在研制时应密切关注国外的技术动向。因此，借鉴、改进、创新是拥有自己关键技术的根本。从大飞机复合材料的制造和检测各项技术看，胶接/共固化整体成型技术是目前复合材料整体化制造的关键技术，包括加筋壁板的整体成型技术，共胶接蜂窝夹层结构技术，这些技术的专利体系比较完整，而国内又没有申请，在大飞机的研制时，应谨慎小心，积极吸收国外技术，将其逐步转变为自己的技术，并形成大量专利。

缝合、液体成型技术包括缝合技术和液体成形技术，这些技术的变化具有多样性，完全可以根据材料体系和设计方式合理避开国外专利的干扰，形成自己的技术。自动铺放技术包括设备，控制等问题，目前，设备可以通过联合开发或引进国外技术来实现，控制技术及数字化制造技术还需进一步摸索，一旦成熟即可形成自己的专利并加以保护。

模具技术包括模具材料和模具的设计，开发新工艺、新材料、新模具应成为研制过程中模具技术的主题。无损检测技术最主要的是检测设备的制造及检测方法的建立，应该将自主创新和引进先进技术结合起来，避开产权侵犯。

超混杂复合材料技术在国内还处于研发阶段，若要用于大飞机的制造上应从多方面着手，合理避开产权侵犯风险。热塑性复合材料目前在大飞机上的用量较少，专利不多，这就给国内有了原创的机会，有关院所可以根据实际情况抓紧攻关，尽早形成自己的专利。

结语

超混杂复合材料技术在国内还处于研发阶段，若要用于大飞机的制造上应从多方面着手，合理避开产权侵犯风险。热塑性复合材料目前在大飞机上的用量较少，专利不多，这就给国内有了原创的机会，有关院所可以根据实际情况抓紧攻关，尽早形成自己的专利。

参考文献

[1]金培.航空结构关键部位损伤识别方法研究[D].南京航空航天大学，2017.

[2]严宏.基于损伤存在概率成像方法的复合材料结构损伤识别研究[D].南京航空航天大学，2017.

[3]郭永跃.基于压电晶片阵列的复合材料层合板损伤检测研究[D].哈尔滨工业大学，2016.