大飞机复合材料结构制造和检测技术探析

◎赵月

目前，我国航空设备中复合材料结构件的用量逐渐增加，增强了飞机的抗冲击性，保证飞机操作期间的安全性，机身质量和强度也得到了优化，在提升飞机整体性能的同时，也促进了行业的进一步发展。航空制造企业想要提高市场竞争力，则需要对复合材料结构制造设计进行深入研究，并对以往应用的检测技术进行优化和完善，实现对飞机复合材料结构的有效检测，保证大型飞机使用期间的安全性和稳定性。

一、大飞机复合材料结构制造技术

1.数字化设计制造技术。

采用数字化设计与制造技术可以预测零件制造周期、提高零件生产效率、缩短复合材料产品研发时间，同时可以减少材料浪费及过程损耗，从而降低产品研制成本。目前，飞机结构复合材料在设计-制造一体化方面采用较多的是基于美国VISTAGY公司在CATIA软件平台上开发用于复合材料制造和分析的FiberSIM软件。应用FiberSIM软件可以设计结构铺层边界，在CATIA软件中生成三维视图，并且可以将复合材料结构的三维铺层信息通过可展性分析后展开为二维铺层信息，生成CAD文件，CAD文件经铺层切割数据转换软件生成预浸料排料数据，在采用自动剪裁机控制软件进行预浸料自动剪裁及标识。自动剪裁技术的应用取代了下料样板及手工下料，铺叠过程中再结合激光投影定位技术，将铺层的形状和纤维方向更准确的投影在模具上，可以提高铺叠的准确性。

2.自动化制造技术。

低成本的另一途径是发展复合材料自动化制造技术，如自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放技术（AFP），纤维缠绕和拉挤技术等，检测上采用C扫描等快速无损检测方法可以大大更加生产效率，降低劳动力成本，也减小了人为因素的影响，提高产品质量的一致性。自动铺带与自动铺丝的共同特点是铺贴速度快、质量可靠性高，特别是针对大型复合材料零件制造，其中自动铺带主要用于翼面等率曲较小的零件，由于预浸带较宽，其效率较高；自动铺丝则更适用于复杂形状结构，如机身、翼身融合体等，其适应范围宽，但效率逊于前者。

3.整体化胶接结构制造技术。

复合材料整体成型技术是利用共固化或共胶接以及液体成型技术，直接实现多个零件复杂结构一次成型的制造技术。利用复合材料整体成型技术在很大程度上减小了零件数量、紧固件数量及整体质量。目前，整体结构除T型、工型等复合材料加筋壁板外，还大量采用蜂窝夹层结构，其主要有2类：第一类为蜂窝夹层壁板结构，其特点是上、下面板较薄，一般不超过1mm，整个蜂窝夹层板厚度一般不超过30mm，结构内部有梁、墙或肋作为支撑形成承力盒段；第二类为全高度变截面蜂窝结构，主要用于方向舵、升降副翼等制造。

二、大飞机复合材料结构的检测技术

1.目测检测法。

工作人员通过目测观察的方法，对复合材料是否完整进行检查。在对复合材料进行无损检测之前，一定要将所有能检查到的位置，都用目视检查法进行检查。这是检测工作中的基础环节，也是复合材料结构应用期间比较有效的检查方法。目视检查法会受到外界环境和检查条件的影响，存在一定的局限性，可以利用照明工具、放大镜、内窥镜等，来辅助目视检测工作的开展。这种检测方法可以及时发现结构表面出现的裂纹、破损、腐蚀等情况。

2.敲击检测法。

敲击检测方法主要通过敲击复合材料结构，根据声音来判断结构是否存在损伤。敲击检测方法对于结构脱胶、分层损伤等情况，具有良好的检测效果，操作上比较简单。如果使用小金属构件敲击夹芯结构，若没有出现脱胶情况，则声音较为清脆，若出现脱胶情况，则声音发闷，金属声比较钝。在使用这种方法进行检测的过程中，可以通过调节敲击频率来辨别结构声音变化差异。敲击法也可以检测复合材料结构的分层和脱粘问题，特别在夹层结构的检测方面，效果尤为明显。使用这种方法进行检测的过程中，一般都会使用敲击小锤作为敲击工具，可以使用木质小锤，也可以采用金属小锤。智能敲击检测是从普通的敲击检测法演变而来，利用现代化技术对检测结构进行数字敲击，通过检测复合材料结构的振动频率来对材料结构的质量和缺陷进行判断。这种检测方法比较适用于环境较为安静的区域检测，同时，也要保证检测人员熟悉复合材料结构。在对厚度比较薄的部位进行检测时，要掌握好敲击力度，避免对结构表面造成损坏。

3.超声波检测技术。

这种检测技术在应用期间，主要就是利用超声波穿透被检测结构，通过超声波频率来确定复合材料是否存在损伤情况。这种检测技术在目前的航空复合材料结构检测中比较常用，穿透性强、灵敏度高，在操作方面也比较简单，使用的仪器设备容易操作，同时也不会对复合材料结构造成损坏，在外场维修检测中比较方便。超声波检测技术可以对复合材料结构的多种损伤情况进行检测，具有广阔的应用前景。

4.X射线检测技术。

X射线是一种电磁波，射线的穿透力比较强，在穿过被检测物体时，能量会被吸收，导致强度下降。如果飞机复合材料结构中存在裂缝、孔洞等问题，或者内部存在其他物质，X射线的吸收程度就会发生变化，通过X射线显影来对结构质量进行检测，判断是否存在安全隐患。另外，X射线检测技术还可以对复合材料结构的横向裂纹进行检测。

结语：飞机制造中复合材料的用量逐渐增多，其与飞机的先进性有些密切的关系。实现复合材料结构的合理应用，是飞机制造行业发展期间的主要问题。要掌握大飞机复合材料结构制造技术，根据飞机制造需求实现技术的有效应用，保证飞机的制造效果，确保可以将复合材料结构的作用和性能体现出来。另外，为了保证复合材料结构质量，也需要对其进行定期检测，应用不同的检测方法对飞机的不同结构部位进行检测，及时发现问题并处理，保证复合材料结构应用期间的有效性。