大飞机复合材料新技术.ppt

新一代大型客机的概念,新一代大型客机主要指:上世纪90年代开始研发，本世纪初使用的效率（Efficiency）经济（Economics）超凡的乘座舒适和便利（Extraordinarycomfortandconvenience）环保（Environmental）4E综合性能比当前航线使用的客机有很大提高的大型商用运输机。,新一代大型客机的研发,2006-2025年全世界大中型民用客机需求量预测,国外大型客机发展趋势,未来二、三十年内大型客机在总体布局上与当代飞机不会有很大差别，但在综合性能方面将有很大的提高。,飞机安全性提高10倍，即事故率降低到现在的1/10；经济性提高一倍，即运输成本降低50%；废气排放减少到现在的1/51/3；噪声减少到现在的1/41/2；研制周期缩短30%，研制费用降低35%，制造成本减少30%；飞机的阻力水平降低10%20%，巡航效率增加30%。,欧美国家的大型客机制造商正在发展新一代大型客机，其中包括波音787、A350及波音737和A320的后继机，这些飞机的技术水平同当前服役的飞机相比性能水平有了较大提高。,国外大型客机发展趋势（续）,波音787、A350飞机性能改进,与同级别的其他飞机相比，节省15%20%的燃油排放比类似飞机减少20%左右起降噪声更小，如A350对机场附近居民的噪声影响减少了60%座公里成本降低10%左右采用智能化航电系统，使飞机使用安全可靠有显著的提高,波音737、A320后继机性能改进,综合使用性能将比现在服役的波音737和A320高15%20%全复合材料主机身和机翼结构电传操纵、多电系统结构视景增强系统-综合航空电子系统,复合材料（纤维增强聚合物基复合材料）在大型民机机体结构上大量应用是现代大型民机显著特点之一；复合材料已成为现代大型民机首要结构材料，结束了铝合金为主的机体结构选材时代。,大型客机复合材料用量随年度变化,新一代大型客机机体结构材料使用比例（重量百分比）,飞机复合材料结构技术,20世纪60年代以硼/环氧为代表，先进复合材料问世，源于军机结构减重需求。技术发展水平现状以战斗机、轰炸机上复合材料结构应用为代表。技术成熟程度以干线客机（运输类飞机）上复合材料结构应用为标志。大量移植采用军机复合材料结构技术是民机复合材料技术发展的显著特点之一。,飞机复合材料结构技术,结构试用与航空工业认可(20世纪60年代70年代中)复合材料飞机结构应用与航空工业认可在F-14、F-15和F-16尾翼上完成。建立规范：MILHDBK-17A聚合物基复合材料，用于指导复合材料结构设计选材和材料性能许用值确定。,复合材料结构应用技术研究（70年代中80年代）,复合材料结构应用技术研究（80年代中90年代）,复合材料结构应用技术研究（90年代今）,纵观40年来先进复合材料结构应用技术研发历程，美国航空复合材料结构技术始终处于领先地位。欧洲则在复合材料结构应用中显示出技术亮点。,飞机结构复合材料体系建立与完善,1985年NASA发布RP1142碳纤维/热固型韧性树脂复合材料标准规范（第1个复合材料标准规范）碳纤维基准型纤维（以T300为代表）中模量，高强度型纤维（以T800为代表）拉伸强度较高的S型纤维（以T700G为代表）。树指基体热固性树脂基体为主新工艺发展专用树脂（如RFI树脂、RTM树脂）。,飞机结构常用树脂基体分类表,适合民机主结构应用的新一代复合材料,民机结构用碳纤维拉伸强度和弹性模量示图,与中模量碳纤维相匹配的高温固化增韧树脂包括改性环氧、改性双马来酰亚胺及高性能热塑性树脂；大型民机和运输机使用较多的是增韧改性环氧树脂，如3900-2、997-2、M21、8551-7等。,民机用复合材料现状分析,a使用的碳纤维基本上限定了供应商和产品。中模高强碳纤维的供应商和主要产品有：东丽公司的T800H-12K和T800S-24K；Hexcel公司的IM7-12K；东邦公司的IM400/600即IMS-24K；三菱人造丝公司的MR50。高强碳纤维的供应商和主要产品有：东丽公司的T300-6K或12K；T700G（织物为主）东邦公司的HTS-12K；HTA-6K,（美国波音公司和欧洲空中客车公司）,民机用复合材料现状分析,b.使用的预浸料基本上限定了主要供应商和产品。预浸料主要供应商有：东丽公司（产品为3900-2，3911系列预浸料）Hexcel公司（产品为M21、8551-7系列预浸料）Cytec公司（产品为977-2系列预浸料）；c.单向带用量已大大超过编织物。据资料介绍，波音787结构件中70%采用单向带/自动纤维铺放制造；d.各种新工艺技术已推广应用。主要有，纤维自动铺放、NFCMVI、RFI等。,民机结构用复合材料特点分析,A380、波音787结构设计选材,波音787结构设计选材选用波音777所用材料如T800H/3900-2等和成熟工艺技术。,A380结构设计选材,波音787中央翼盒,A350中央翼盒,波音787机身结构布局,B787舱门周边补强,机身开口结构设计与补强,A350机身结构布局,A350XWB飞机多功能的机-电一体化设计方案。,(1)A380复合材料外翼NCFMVI成形工艺,机翼制造新技术、新工艺,NCF/MVI成型工艺示意图,机翼制造新技术、新工艺,(1)A380复合材料外翼NCFMVI成形工艺,A380机翼壁板,机翼C截面梁腹板复合材料层板厚度约为56mm（在发动机接头点附近）。在发动机安装架的连接点处，梁腹板和缘条的厚度加倍到约10mm，在翼梁与翼盒连接处也有铺层补强。全复合材料翼梁铺层厚度变化大，有56mm到10mm，制造