复合材料浆叶

:日本为美国制造波音787的碳纤维主翼结构中航工业制造所面对国外复合材料铺放工艺与装备技术飞速发展，结合我国航空武器装备的需求，于2006年组建技术攻关团队，瞄准工程化应用，向复合材料自动化铺放制造技术发起挑战。多年来，该团队在各方支持下，经过不懈努力，已基本掌握了复合材料自动铺放制造工艺及装备的关键技术，总体水平处于国内领先地位，为国内该项技术在航空领域的推广应用做了大量的技术储备，也为我国航空制造技术整体水平的提升打下了坚实基础。填补空白一枝独秀多年来，基于复合材料预浸料的铺放均以手工工艺为主，直至“十一五”初期，适用于飞机大型翼面类复合材料结构制造的自动铺带机在国内装备制造领域仍属于空白；与此同时，国内真正用于航空型号生产上的自动铺放装备屈指可数，且全部依赖于进口，极大地禁锢了航空制造业的生产效率和产品稳定性的进一步提高。为打破这一瓶颈，推进我国航空制造业向自动化、网络化、智能化有序发展，项目组勇敢地啃起了这块“硬骨头”。五年的勤耕潜研，数不清的日夜攻坚，手工铺叠转化为自动实现的一刻，成功的喜悦浸润了项目组每个人的心田。复合材料自动铺放设备结合相关材料技术、铺放工艺的发展进步，打通了复合材料自动铺放生产流程，填补了国内空白，项目组自豪地说：“我们的整体技术已经达到了国际先进水平，某些方面称得上国际领先！”如今在国内航空制造领域，这台经过了试验件、装机件实践检验的复合材料铺放设备，可谓是当仁不让的“独一家”。与普通的数控切削设备不同，这台设备具有结构复杂、静动态刚性强、动态性能要求高、联动坐标多、控制复杂等特点，特别是其核心部件——铺带头的组件众多、精度高、集成度高、小巧精致、铺放动作多、协同控制相当复杂，它所适应的规格范围已经基本达到了国际先进水平。大胆创新勇拔头筹想要拔得头筹可不是件容易的事。项目组遇到的最大问题是，复材铺放设备研制时相关工艺研究在国内还属于起步阶段，难以对自动铺带机研制提出确切的设备功能和使用性能方面的技术指标要求。如何从手工作业中将自动化的需求提炼出来？团队在最初研发阶段遇到的瓶颈可想而知。鉴于此，项目组研究确定了先从设备主体自行开发，个别关键部件先引进集成然后再创新的总体技术途径。要在高起点、高水平国外先进设备的基础上，进行设备研制和工艺探索，突破关键技术、掌握核心技术。在制造所的支持下，项目团队数次派人赴国外进行访问和技术交流，邀请国外技术专家入所讲学和咨询。通过与国外技术专家的深入交流与合作，为设备研制和工艺研究奠定了可靠基础。依照对国内航空主机厂有针对性的技术调研，项目组对行业的应用需求进行了归纳分析。在确定了总体结构方案和关键部件的国际合作对象后，设计人员与工艺人员通过反复试验碰撞，最终突破了关键功能部件的设计、制造技术，实现了用机构模拟手工制作的功能。同时针对预浸料的制备技术和条件，研制预浸料分切设备和工艺，解决了铺放设备材料供应问题，并针对典型结构进行了可铺放性研究，摸索出了最佳铺放工艺参数。尖兵团队责任在肩敢于挑战的队伍必定有它的独到之处。研究所丰富的项目资源为研制人员提供了开阔的视野平台。这支队伍以高端数控机床起家，一直从事高难度装备的研制，团队里的每个人都不是单纯从事复合材料铺放一种设备的研制，所涉及的装备品种非常多，适应专业范围特别广，可谓身经百战、博识多通。做装备，机、电、气、液、装配、调试、服务各个专业缺一不可，团队单靠个体或许并无明显优势，但组建在一起综合能力却明显优于其他。如今，项目团队从最初只有10余人，发展到现在的30余人，从结构设计、集成控制、气液传动、仿真分析、软件编程、装配调试等各专业领域集齐人才，无缺项、无短板。作为专用装备研发团队除了具备丰富的经验，更要有扎实的基础。延续过去“引进、消化、吸收”的路子实现整机设备开发是远远不够的。所谓知其然还要知其所以然，单凭经验打天下始终存在掉队的风险。项目组充分认识到了这一点，近年来致力于技术创新，从基础研究上下功夫，在研究所的支持下，搭建实验平台，真正从基础原理中深入挖掘，精益求精。这是一群耐得住寂寞的人，为突破项目技术难点，他们趴在试验台上一连几天、几个月不知疲倦，对他们来说，迎接挑战就是一种乐趣。“能为国家破解'卡脖子'的技术难点，踏踏实实做出一些航空急需的特殊装备，这份成就与荣耀是任何奖赏无法替代的。”副总师孙年俊欣慰地说。复合材料自动铺放技术作为飞机大型整体复合材料结构制造的最佳方案，将在我国新型飞机研制中发挥不可替代的重要作用，能为未来发展高性能战机、大型飞机等提供装备与工艺基础。随着我国新一代战机、大型飞机以及无人机等新型飞机研制项目的实施，和国内复合材料自动铺放设备研制与推广应用，国内复合材料自动铺放技术的明天充满希望。直8机复合材料桨叶复合材料桨叶压力机复合材料桨叶研制团队成员研讨问题复合材料桨叶制造是一种集机加、钣金、表面处理、铆接装配、胶接装配、复合材料成型、静动平衡等多学科为一体的高技术含量复杂成型工艺。为解决复合材料桨叶制造过程中的难题，中航工业昌飞工程技术部复合材料桨叶研制团队成员面对技术经验匮乏的现状，从零开始，充分借鉴国内外厂家的先进经验，开展了大量的工艺探索，成功突破了桨叶配套零件定位、泡沫芯过盈量控制、成型压力和固化参数控制等诸多技术难题，成功研制出亚洲最大的复合材料桨叶。高标准，为桨叶试制奠定基础2005年，中航工业昌飞复合材料桨叶研制团队成立，团队成员主要由工程技术部、复合材料加工中心的专业人员组成。直8型机大型复合材料桨叶是我国首次研制的国内乃至全亚洲最大的复材桨叶，完全由国内自主设计与制造，其研制技术起点高，跨度大。在一无资料，二无经验的基础上，团队首次承担制造工作，其难度可想而知。直8大型复合材料主桨叶，其长度为8.5米，扭角变化大，这些特点造成了成型模压系统上模跨度大、模具厚度变化大等问题，这样的模具同步运动、温度均匀性很难保证。再加上零件为细长结构，模具与零件膨胀系数差异较大，从成型温度到室温的变化过程中，桨叶与模具伸长率不一样，这样会造成桨叶损伤或破坏。工艺人员深知，桨叶成型压模是保证桨叶成型质量的关键因素，除了要保证型面的结构精度，解决模具材料与复合材料热膨胀匹配的问题，还要充分计算和分析模具油道的布置，以达到严格的温度均匀性要求。通过一次次对模具设计制造方案的充分讨论与研究，工艺人员成功解决了模具定位、油道布置以及深加工和热膨胀系统不一致的技术难题，为桨叶试制奠定了基础。严要求，保证桨叶安全运行桨叶的成型过程需要加温和加压，且需要严格控制技术参数，此外还需要实现模具开合模及运动机构同步，可国内尚没有该类设备制造的先例或者经验。为了充分满足桨叶研制需求，工艺人员借鉴国外先进技术经验，设计制造了大型桨叶模压系统，成功实现了开合模、桨叶铺覆和模压成型等全部工艺过程操作和控制，保证了复合材料桨叶的成型质量。直8型机主桨叶由于采用了PMI泡沫芯作为填充材料，具有复杂的变截面结构外形，如何确定泡沫芯的过盈量以保证在共固化成型时提供均匀、恒定的压力，是桨叶研制中摆在全体工艺人员面前的又一个难题。为打倒这个拦路虎，团队成员进行了大量的试验，终于得出了不同密度和厚度泡沫芯的过盈量规律。由于泡沫芯面复杂，精度要求高，工艺人员采用了数控加工的方法加工泡沫芯零件，并成功解决了装夹定位和加工变形的一系列难题。桨叶包铁的胶接质量是影响飞行安全、桨叶寿命的关键要素，在飞行过程中复合材料桨叶转速和振动很大，导致前缘胶接件工作环境非常恶劣。为提高前缘胶接件的胶接质量，保证直升机出勤率和飞行安全，工艺人员又开展了包铁胶接质量改进的专项攻关工作，总结出一套行之有效的胶接质量控制方法，彻底解决了包铁开胶的问题。复合材料桨叶与传统金属桨叶相比，疲劳寿命由金属桨叶的1600小时提高到复合材料桨叶的6000小时以上或无限寿命，大幅减少了后期的使用、维护成本，减少了制造周期，提高了产品可靠性，提升了旋翼整体性能。奠定基础，道路越走越宽广直8型机复合材料主桨叶是国内首片自主创新研制的复合材料桨叶，通过中航工业昌飞工程技术部复合材料桨叶研制团队全体成员的自主创新和技术攻关，突破和掌握了大型复合材料桨叶研制的关键核心技术，提升了企业核心竞争力。昌飞的复合材料主桨叶技术目前已推广到直11型机等多型直升机的应用，并成功应用于AC311和AC313民机。复合材料桨叶研制为后续大型除冰复合材料桨叶，以至其它机型复合材料桨叶的研制奠定了良好的技术基础，推进了昌飞公司桨叶研制多元化的进程。大型复合材料桨叶的研制成功，是昌飞公司在旋翼制造领域内的一项技术突破，目前大型复合材料桨叶已在多型号直升机上装机应用，并达到了批产状态成飞生产的歼20战机。复合材料使用比例是影响战机隐身性的关键。日前，从四川省科学技术厅、中航工业成飞科协与科技发展部共同举办的“四川省科技成果（成飞项目）鉴定会”上传出好消息，由成飞申报的“大型复合材料整体壁板精确制造技术研究”等6项科技成果受到了与会专家的高度评价，一次性通过了成果鉴定。这是成飞近年来一次性通过四川省申报鉴定最多的一次，为下一步申报四川省科学进步奖创造了条件。2014年，成飞提高了科技成果申报门槛，强调了成果的变革创新性。如“大型复合材料整体壁板精确制造技术研究”项目就有许多的创新点：一是首次在装配飞机机翼壁板上采用复合材料自动铺带技术，解决了大型复合材料整体壁板精确制造的技术关键，制定了自动铺带的工艺规范标准；二是开发了基于激光投影技术的自动铺带在线检测技术，实现了自动铺带尺寸、角度、轮廓快速精确检测，申请了发明专利；三是提出了基于数字化技术的帽形加筋壁板R区精确填充方法，研制了专用转角R区填充物成型工装，实现了帽型结构的一步成型制造；四是建立了复合材料加筋壁板变形控制理论模型和筋条漂移模型，实现了对帽形加筋壁板的变形和漂移的有效控制。该项目成果申请了4项发明专利，并已成功应用于EA/EB/EC项目机翼复合材料大型整体壁板的制造中，产品质量稳定、可靠，提升了复合材料制造水平，社会经济效益显著，具有广泛推广应用前景。四川省