航空制造 工程概论

1、1航空工程制造中的复合材料航空工程制造中的复合材料 班级：班级：05010803050108032内容纲要内容纲要一一. .复合材料概述复合材料概述二二. .国外航空制造中复合材料的应用国外航空制造中复合材料的应用三三. .我国航空制造中复合材料的应用现状我国航空制造中复合材料的应用现状四四. .国外先进技术对我国航空制造的影响国外先进技术对我国航空制造的影响五五. .对我国航空制造工程的建议对我国航空制造工程的建议3一一. .复合材料概述复合材料概述 1.复合材料复合材料 的定义和分类的定义和分类有两个或两个以上独立的物理相有两个或两个以上独立的物理相，包括黏结材料（基体）和包括黏结材料（基

2、体）和粒料，纤维或片状材料所组成的一种固体产物称为复合材料粒料，纤维或片状材料所组成的一种固体产物称为复合材料。分为分为两大部分：基体和增强材料两大部分：基体和增强材料。2.复合材料的应用现状复合材料的应用现状在航空制造领域，复合材料结构在飞机上的应用虽在逐步提在航空制造领域，复合材料结构在飞机上的应用虽在逐步提高，但主承力结构的工程应用还没有突破性的进展。高，但主承力结构的工程应用还没有突破性的进展。4 3.复合材料的特点：复合材料的特点：轻质高强，比强度，比模量高、耐疲劳性 好、耐化学腐蚀、可设计性强等。材料名称密 度（g/cm3）拉伸强度/*104弹 性模 量 、*106mpa比 强度/

3、*106比模量/*109cm钢7.810.1020.590.130,27铝2.84.617.350.170.26钛4.59.4111.180.210.25玻璃钢2.010.403.920.530.21碳纤维环氧树脂1.4514.7113.730.21碳纤维环氧树脂1.610.4923.541.5芳纶纤维环氧树脂1.413.737.850.57硼纤维-环氧树脂2.113.5320.591.0硼纤维-环氧树脂2.659.8119.610.755 复合材料技术已成为航空武器装备发展领域具有战复合材料技术已成为航空武器装备发展领域具有战略意义的关键技术。特别是在飞机制造业中，各种性能先略意义的关键技术

4、。特别是在飞机制造业中，各种性能先进的飞机无不与先进的复合材料制造技术紧密联系在一起。进的飞机无不与先进的复合材料制造技术紧密联系在一起。先进的复合材料制造技术大大提高了飞机的性能，而每一先进的复合材料制造技术大大提高了飞机的性能，而每一种新飞机问世的同时，又都大大促进了复合材料制造技术种新飞机问世的同时，又都大大促进了复合材料制造技术的发展。因此，当前先进复合材料构件在飞机上应用的部的发展。因此，当前先进复合材料构件在飞机上应用的部位和用量已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。位和用量已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。6二二. .国外航空制造中复合材料国外航空制造中复合材料 的应

5、用的应用 1.国外现状：国外现状：从国外情况看，复合材料技术的总体发展水平已很好从国外情况看，复合材料技术的总体发展水平已很好地满足了当代最新型飞机的相应需求。尤其对于直升机而言，树地满足了当代最新型飞机的相应需求。尤其对于直升机而言，树脂基复合材料的结构设计和制造一体化技术已经达到了成熟的工脂基复合材料的结构设计和制造一体化技术已经达到了成熟的工程化应用水平。程化应用水平。7 2 2. .波音公司波音公司复合材料复合材料 波音公司复合材料技术的应用也经历了从次承力构件向波音公司复合材料技术的应用也经历了从次承力构件向主承力构件过渡的过程。主承力构件过渡的过程。C17大型运输机的水平尾翼采用复

6、合大型运输机的水平尾翼采用复合材料，与金属平尾相比重量减轻材料，与金属平尾相比重量减轻20%；B757飞机上复合材料飞机上复合材料的总用量达到了的总用量达到了2t，约占结构重量的，约占结构重量的2.5%；B777飞机共用复飞机共用复合材料合材料9.9t，约占结构重量的，约占结构重量的11%；而波音；而波音787中复合材料甚中复合材料甚至达到至达到50%。8 波音公司研制的波音公司研制的B787飞机，提高燃油效率飞机，提高燃油效率20%（其中（其中12%的贡献来自于大量采用复合材料结的贡献来自于大量采用复合材料结构），它是世界上第一个采用复合材料机翼和机构），它是世界上第一个采用复合材料机翼和机

7、身的大型商用客机，其应用广度远远超过身的大型商用客机，其应用广度远远超过B777和和A380，大型机翼整体壁板、机身等部件大量采用，大型机翼整体壁板、机身等部件大量采用了自动铺放制造技术。了自动铺放制造技术。9空客集团自空客集团自70年代中期开始研究复合材料，年代中期开始研究复合材料，1983年生产年生产A300、A310的复合材料方向舵，重量减轻的复合材料方向舵，重量减轻20%；1978年开始研制年开始研制A310、A320的垂尾，的垂尾，1985年完成，重量减轻年完成，重量减轻20%；此后机型；此后机型（A320、A322、A330、A340等）中复合材料用量可达结构等）中复合材料用量可达

8、结构总重的总重的15%左右，左右，A340-500/600还应用了热塑性复合材料机还应用了热塑性复合材料机翼前缘。翼前缘。其中其中A350中的复合材料达到中的复合材料达到52%。 空客公司空客公司复合材料复合材料10 空客公司一直注重复合材料的研究与应用，空客空客公司一直注重复合材料的研究与应用，空客系列飞机复合材料所占结构重量比例不断上升。主要应系列飞机复合材料所占结构重量比例不断上升。主要应用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身、地板梁、用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身、地板梁、后承压框等，大量采用了自动铺放制造技术。后承压框等，大量采用了自动铺放制造技术。A380是是第一个第一

9、个将将复合材料用于中央翼盒的大型民机，该翼盒总复合材料用于中央翼盒的大型民机，该翼盒总重重8.8t，其中采用复合材料，其中采用复合材料5.3t，减重，减重1.5t。 11 目前，空客重新启动目前，空客重新启动A350XWB项目，为了同项目，为了同B787进行竞争，复合材料的用量已达到了进行竞争，复合材料的用量已达到了52%，具体的部，具体的部件包括机翼、平尾、垂尾以及机身的各段，其中机翼、件包括机翼、平尾、垂尾以及机身的各段，其中机翼、平尾、垂尾为全复合材料结构，机身为混杂结构。由平尾、垂尾为全复合材料结构，机身为混杂结构。由于在机身上使用了复合材料，机身段数目减少为于在机身上使用了复合材料，

10、机身段数目减少为3个，个，生产将采用自动铺放技术。生产将采用自动铺放技术。12三三. .我国航空制造中复合材料我国航空制造中复合材料 的应用现状的应用现状 在我国，复合材料技术经过近在我国，复合材料技术经过近30年的引进、消化吸收、年的引进、消化吸收、自主研究和开发应用，在一定程度上已取得了较大的进展自主研究和开发应用，在一定程度上已取得了较大的进展;通过几个通过几个“五年计划五年计划”的预先研究，取得了一批研究成果。的预先研究，取得了一批研究成果。但是但是,我国现阶段的技术水平与发达国家相比差距还很大。我国现阶段的技术水平与发达国家相比差距还很大。13主要体现在：主要体现在：（1）复合材料构

11、件数字化单项技术的应用取得了一定的成）复合材料构件数字化单项技术的应用取得了一定的成果和效益，但各个系统之间仍然是孤立的，没有实现复合果和效益，但各个系统之间仍然是孤立的，没有实现复合材料构件从设计、工艺、制造到检测的数字量传递和信息材料构件从设计、工艺、制造到检测的数字量传递和信息共享。共享。（2）先进的技术手段不完备，新材料、新工艺和相关的设）先进的技术手段不完备，新材料、新工艺和相关的设计方法，如编织计方法，如编织/RTM、自动铺放、面向制造的设计（、自动铺放、面向制造的设计（DFM）等先进技术还没有得到实际应用。等先进技术还没有得到实际应用。（3）复合材料构件制造工艺过程仿真验证技术比

12、较落后，）复合材料构件制造工艺过程仿真验证技术比较落后，新产品试制周期长，试件数量大，造成研制成本居高不下。新产品试制周期长，试件数量大，造成研制成本居高不下。（4）材料、工艺、质量没有形成国家级的标准或规范。）材料、工艺、质量没有形成国家级的标准或规范。32航空制造技术。航空制造技术。 （5）在航空制造领域，复合材料）在航空制造领域，复合材料结构在飞机上的应用虽在逐步提高，结构在飞机上的应用虽在逐步提高，但主承力结构的工程应用还没有突破但主承力结构的工程应用还没有突破性的进展。性的进展。14四四. .国外先进技术对我国航空国外先进技术对我国航空 制造的影响制造的影响N90直升机大量使用复合材

13、料直升机大量使用复合材料15 要继续立足自主创新，加快国内航空复合材料的研制要继续立足自主创新，加快国内航空复合材料的研制进度。航空复合材料的核心技术从西方国家买不到，我进度。航空复合材料的核心技术从西方国家买不到，我国应在现有的研制技术基础上进一步汇集全国的力量，国应在现有的研制技术基础上进一步汇集全国的力量，加快对航空复合材料关键技术的大规模攻关，尽力缩小加快对航空复合材料关键技术的大规模攻关，尽力缩小与国外的差距。与国外的差距。可发挥我国在航空复合材料技术上的比较优势换取国可发挥我国在航空复合材料技术上的比较优势换取国外先进技术。我国在航空复合材料研制上经过了多年的外先进技术。我国在航空

14、复合材料研制上经过了多年的努力，虽然从整体来说研制能力远不如西方国家，但是努力，虽然从整体来说研制能力远不如西方国家，但是在一些具体的技术上还是取得了一些成就，有的还拥有在一些具体的技术上还是取得了一些成就，有的还拥有较大的技术优势。我国有可能通过一些有比较优势的技较大的技术优势。我国有可能通过一些有比较优势的技术，来换取西方发达国家航空复合材料的其他先进技术。术，来换取西方发达国家航空复合材料的其他先进技术。五五. .对我国航空制造工程的建议对我国航空制造工程的建议16可通过资本运作并购国外公司获取复合材料应用技术。我国可通过资本运作并购国外公司获取复合材料应用技术。我国航空复合材料与国外的差距不仅体现在材料本身的研发技术上，航空复合材料与国外的差距不仅体现在材料本身的研发技术上，还体现在应用技术上。航空复合材料的研发技术国外是非常保还体现在应用技术上。航空复合材料的研发技术国外是非常保密的，但是在应用技术上对我国相对来说还开放一些，我国可密的，但是在应用技术上对我国相对来说还开放一些，我国可以通过资本运作、并购国外公司来获取其先进技术。以通过资本运作、并购国外公司来获取其先进技术。可抓住国际航空复合材料产业转移的机遇获取有效技术。近可抓住国际航空复合材料产业转移的机遇获取有效技术。近年来，由于中东、东欧、墨西哥、印度、中国等地区和国家大年来，由于