飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展

2021-11-30 21:40唐博许建政李金柏孙嘉明孙野

安防科技 2021年2期

唐博许建政李金柏孙嘉明孙野

摘要：复合框架结构的制造生产工艺是复合应用及结构设计促成的关键。由于复合材料制造技术的特殊性和复杂性以及它具有结构可设计性，可进行复合结构设计，它已成为结构可靠性、产品质量和成本控制的核心技术。近些年来，随着先进复合在航天航空领域的广泛应用，复合的制造技术设备及生产工艺方法论获得了极大的发展。围绕复合材料的平面结构与制造技术，本文介绍了国内外先进复合材料制造技术的概念和技术研究进展，帮助我国航空航天工业应迅速提高自身的水平。

关键词：格栅结构复合材料航天制造点阵结构

随着现代社会飞机性能的不断提高，复合材料的发展越来越受到重视。复合是应由两种或者两种以上物理、物理性质不同的建筑材料组分，以所设计的模式、比重、分布组合而成，各个组分间有显著的用户界面存有的一种新型材料。它们一般应由基体建筑材料及加强建筑材料组成。可进行复合材料的设计，即通过原材料的选择、各构件设计的分配以及工艺条件的保证，使原有构件材料的优势相辅相成，从而展现出优异的综合性能。

随着玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等复合材料的发展，复合结构的早期应用预示着复合材料的辉煌应用。尤其是在飞行器制造中在飞机翼尖、雷达防护罩和尾锥上使用少量玻璃纤维增强塑料，这标志着复合材料在飞机设计中的重新发明。从那时起，复合材料在飞机中应用的比例越来越大。在过去的几年里，先进的复合材料技术已被应用于大型结构，如翼板和楼板梁。由于其比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀、易大面积整体成形、抗疲劳性能好等优点，在飞行器制造中得到了越来越广泛的应用。

1. 高级复合网格结构。网格结构的明显特点是：网格骨架可以由连续的、短距离的纤维束（带）组成，充分发挥了纤维的定向承载能力;网格骨架整体性好，能满足结构不同部位的设计要求。复合灰结构是一个加强板或壳（圆柱形或锥形）的鲥鱼（正方形，菱形，或三角形）与紧凑的鲥鱼框架。由于网格间距小，网格框架看起来像网，所以又称加筋网格结构。该材料为连续纤维与有机材料的复合材料。特别是局部缺陷灵敏度小，一般不发生层压微裂纹是常见的，现在，每个等距剖面胞体都是一个静定结构几何不变的静不定结构（方晶格、菱形晶格），即使局部失效，图像周围大的网格框架仍然没有改变结果的几何结构，因此具有良好的抗枪伤能力由于它具有超轻质、高比强度、高比刚度、高能量吸收等优良机械性能，及减震、散热、吸声、传感器屏蔽等等特殊属性，成为了一种炙手可热的使用性能优异的多功能性工程项目建筑材料框架结构.

2. 点阵夹层框架结构。点阵夹芯框架结构是近些年来随着建筑材料制得生产工艺及成形加工技术设备的发展而是发生的一类新型多功能建筑材料框架结构，它由2块面板和夹于面板之间的超静定的点阵夹芯构成，由于它具有超轻质、高比强度、高比刚度、高能量吸收等优良机械性能，及减震、散热、吸声、传感器屏蔽等等特殊属性，成为了一种炙手可热的使用性能优异的多功能性工程项目建筑材料框架结构。如果可以用复合材料来制备晶格夹层结构将会大大减轻结构的重量，提高结构的性能。现阶段，各种构型的复合夹芯框架结构在航天航空领域获得了广泛的应用。

3.聚合物基复合材料主要是树脂基复合材料。摘要树脂基复合材料以其优异的力学性能和减重效果在现代航空航天领域得到了广泛的认可。实践表明，飞机部件通常采用树脂复合材料制成

4.从目前的发展现状来看，纤维增强金属基复合材料（MMC）和颗粒增强金属基复合材料是人们关注的焦点。金属基复合材料的增强纤维主要包括金属纤维和陶瓷纤维。利用碳纤维作为增强材料是近年来一个新的研究方向。MMCs问世至今已有40余年，因为具备低的比硬度、比模量、耐高温、耐磨损及热膨胀系数少、构件稳定性难等等优异的力学性能及性能，消除了树脂基复合在宇航领域中选用时候存有的优点，获得了举世瞩目的发展，成为各国高技术研讨开发的重要领域。用于航空轴承零件，重量比传统复合材料轻;特别适用于高温航空发动机。树脂基复合材料在航空航天工程中的发展趋势体朝着高性能的方向发展，以追求高减重效率为目标。并且先进低成本制造技术的研究制约了复合材料的扩展和应用。

在飞行器制造技术方面

1. RH T工艺是一种树脂膜浸渍和纤维预制树脂浸渍工艺。成型工艺是将树脂制备成树脂膜或较厚的树脂块，放置于模具底部，其E层由缝线覆盖或三维编织成纤维预制件。然后根据真空成型工艺要点，在热环境中封装腔体，采用真空技术从下至上抽吸树脂。当薄膜受热时，黏度沿预制件下降或上升，填满整个预制件空间，然后按固化工艺制备复合材料。

2：纤维缠绕形式属于比较成熟的技术，其中纤维丛脂树浸渍纺锤机械设备到外部整个过程都是采用织造和缠绕的方法，这种方法的广泛应用属于复合材料的自动化技术。其缠绕产品强度高、重量轻、隔热性能强、耐腐蚀，实际工艺也很好，一般用于中空、圆形、椭圆形零件。

3.缝合技术：缝合技术主要是利用缝合机将纤维织物的不同部位充分连接起来，进行多次固化，从而生产纺织材料。

4. 纵向强化技術可以生产出性能较好的三维增强复合材料。该技术是通过在固化前或固化期间将销钉连接到层压板上来制造材料。纵向强化提高了材料的强度和韧性，通常与拼接结合，使材料的抗断裂性提高到下一个水平。

5. 三维异形整体织造：三维异形整体织造是一种比较完善的技术，可用于复合材料和纤维织物复合材料的制造。三维异形整体编织生产的产品高性能，满足机械要求，具有较高的档次，能有效解决常规的泄漏和连接问题。

综上所述，航空复合材料零部件的制造技术水平将直接影响我国航天工业的发展。与发达国家相比，我国复合制造技术设备也存有一定的不足，因而，为了提升制造水平，要积极吸收国外精华，不断创新，放眼世界，加强技术研究，进一步提升航空产品的竞争力，使我国航空复合材料制造水平迈向一个新的台阶。