航空航天用復(fù)合材料技術(shù)的快速發(fā)展,使研制和應(yīng)用高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)/功能一體化的材料成為可能,先進(jìn)的復(fù)合材料技術(shù)將給整個(gè)航空航天系統(tǒng)的研發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。航空航天工業(yè)的一些細(xì)分市場過去已經(jīng)經(jīng)歷了不同程度、周期性的衰退,航天工業(yè)的復(fù)合材料市場競爭非常激烈,而只有那些既專注于特殊的小微市場又關(guān)注市場中的特色產(chǎn)品的公司才能獲得競爭優(yōu)勢。
近日,印度Composite Insights公司分析了全球航空航天能源產(chǎn)業(yè),并公布其研究成果《全球航空航天復(fù)合材料工業(yè)2014~2019:趨勢和預(yù)測分析》。該報(bào)告指出,全球航空航天業(yè)復(fù)合材料的需求在過去三年期間顯著增加,主要?dú)w因于持續(xù)向上的新型和現(xiàn)有的大型商用飛機(jī)的生產(chǎn),以及民用直升機(jī)和公務(wù)噴氣機(jī)市場某些機(jī)型的增長。與此同時(shí),整個(gè)民用航空業(yè)都開始在每款新一代飛機(jī)中更大比例地使用先進(jìn)復(fù)合材料。
Composite Insights公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,雖然2013年B787客機(jī)是增長的主要驅(qū)動力,但Composite Insights預(yù)測,A350飛機(jī)在未來幾年內(nèi)將成為復(fù)合材料顯著增長的主要驅(qū)動力??湛秃筒ㄒ艄揪?jì)劃繼續(xù)增加組裝量以反映市場需求,2014年及以后制造商交付的飛機(jī)數(shù)量再次被設(shè)定為增長。無論經(jīng)濟(jì)狀況如何,不斷增長的航空旅行需求及燃料價(jià)格上升將確保對更新型、更高效飛機(jī)的需求,也就是說,民用航空航天用產(chǎn)業(yè)用復(fù)合材料的需求與發(fā)展將會更上一層樓。
加強(qiáng)供應(yīng)鏈管理分散技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)
近年來,隨著產(chǎn)業(yè)用復(fù)合材料及其加工技術(shù)和檢測維修技術(shù)的飛速發(fā)展,復(fù)合材料在航空航天飛行器上的用量正大幅提高,這一跨越性的轉(zhuǎn)變在整個(gè)航空界都激起波瀾,新材料需要新技能、新設(shè)備、新方法。先進(jìn)復(fù)合材料及其相關(guān)技術(shù)經(jīng)過多年應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)步,不僅日趨成熟而且價(jià)格也大幅降低,還為新一代復(fù)合材料飛機(jī)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。反過來講,復(fù)合材料航空材料的發(fā)展也促進(jìn)了復(fù)合材料市場的快速增長,并進(jìn)而對航空工業(yè)傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈乃至航空結(jié)構(gòu)維修供應(yīng)鏈帶來新變化。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授沈軍指出,航空生產(chǎn)供應(yīng)鏈可簡單地概括為4類主要參加者,包括:負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成和總裝工作的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)制造商(OEM);直接向OEM出售主要部件及航空結(jié)構(gòu)件的一級供應(yīng)商;向一級供應(yīng)商及OEM出售其生產(chǎn)的部件和零件的二級供應(yīng)商,以及提供纖維樹脂、預(yù)浸帶和金屬材料的原材料供應(yīng)商。
如今,越來越多的飛機(jī)制造商開始采取類似汽車工業(yè)的策略,把重點(diǎn)放在組裝和系統(tǒng)集成方面,而削減內(nèi)部航空結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)能力。實(shí)際上,這就意味著飛機(jī)制造商將更多地依靠一級供應(yīng)商來提供設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈管理,同時(shí)減少與二級供應(yīng)商的互動,從而把商業(yè)及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到它的供應(yīng)鏈的參與者身上。波音公司最近將威奇托和塔爾薩的生產(chǎn)部分剝離就是最好的例證。
目前一級供應(yīng)商正在忙于鞏固和擴(kuò)大飛機(jī)制造商逐步放棄的集成和供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù),這種新型的一級供應(yīng)商必須具有足夠大的規(guī)模和能力,以獲得必要的投資來保持其競爭力。
材料研究滯后阻礙航空業(yè)發(fā)展
國內(nèi)復(fù)合材料經(jīng)過了多年的發(fā)展歷程,現(xiàn)在已經(jīng)基本自成體系,無論在原材料、構(gòu)件成型,還是工程應(yīng)用等方面,都已初具規(guī)模。但是就國內(nèi)目前的現(xiàn)狀看來,幾十年的發(fā)展對于一種高新材料而言,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。不可否認(rèn),材料研究的滯后嚴(yán)重阻礙了國內(nèi)航空用高性能復(fù)合材料研制的步伐,甚至是整個(gè)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
原航空工業(yè)部首批研究員級高級工程師楊超凡認(rèn)為,目前,國產(chǎn)碳纖維原絲質(zhì)量不穩(wěn)定,纖維強(qiáng)度較低且離散性較大,航天動力用碳纖維復(fù)合材料均為進(jìn)口碳纖維;PBO增強(qiáng)復(fù)合材料是未來先進(jìn)復(fù)合材料主要發(fā)展方向之一,而我國的PBO纖維至今完全依賴進(jìn)口;國內(nèi)制備C/SiC復(fù)合材料的先驅(qū)體樹脂陶瓷產(chǎn)率低,這些短板,嚴(yán)重制約了國內(nèi)航空復(fù)合材料的發(fā)展。
此外,發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將無損檢測和質(zhì)量監(jiān)控作為航空復(fù)合材料研究與應(yīng)用的先導(dǎo)課題進(jìn)行了大量的投入,在以航空航天復(fù)合材料為主要對象的新材料、新結(jié)構(gòu)的檢測技術(shù)研究中也取得了一定成果。而在國內(nèi),復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的研究雖然起步不晚,但因重視不足,投資力度不大,在設(shè)備商品化和檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方面,與國外還有較大差距,這種狀況勢必成為復(fù)合材料開發(fā)和應(yīng)用的障礙,影響我國航天材料產(chǎn)品的技術(shù)水平和競爭能力。
專注特殊小微市場尋求優(yōu)勢所在
新材料是航空技術(shù)的重要基礎(chǔ),是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級換代和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo),是航空工業(yè)發(fā)展中最具活力和發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。中國合成樹脂供銷協(xié)會副理事長兼秘書長鄭塏表示,在新一代民用大型客機(jī)中,繼鋁、鋼、鈦等材料后,產(chǎn)業(yè)用復(fù)合材料將成為四大航空材料之一,并有望坐上飛機(jī)材料使用量的“頭把交椅”。
航空航天用復(fù)合材料技術(shù)的快速發(fā)展,使研制和應(yīng)用高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)/功能一體化的材料成為可能,先進(jìn)的復(fù)合材料技術(shù)將給整個(gè)航空航天系統(tǒng)的研發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。中國科學(xué)院院士曹春曉表示,航空航天工業(yè)的一些細(xì)分市場過去已經(jīng)經(jīng)歷了不同程度、周期性的衰退,航天工業(yè)的復(fù)合材料市場競爭非常激烈,而只有那些既專注于特殊的小微市場又關(guān)注市場中的特色產(chǎn)品的公司才能獲得競爭優(yōu)勢。
“根據(jù)不同的材料和小微市場情況顯示,目前,行業(yè)內(nèi)相關(guān)的競爭元素主要包括產(chǎn)品認(rèn)證、技術(shù)、產(chǎn)品性能、交貨期、服務(wù)和價(jià)格。依靠新民機(jī)項(xiàng)目,用新民機(jī)項(xiàng)目作為復(fù)合材料的研發(fā)平臺,集中國內(nèi)有關(guān)專業(yè)力量,在民機(jī)領(lǐng)域內(nèi)建立復(fù)合材料有關(guān)的材料、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn),多方位尋求功能一體化,才能真正發(fā)展成為能為民用航空產(chǎn)品提供復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)。”曹春曉說。
復(fù)合材料在航空領(lǐng)域應(yīng)用情況
顯著提高戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)性能
為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對高機(jī)動性、超音速巡航及隱身的要求,進(jìn)入上世紀(jì)90年代后,西方的戰(zhàn)斗機(jī)無一例外的開始大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu),用量一般都在25%以上,有的甚至達(dá)到35%,結(jié)構(gòu)減重效率達(dá)30%。應(yīng)用部位幾乎遍布飛機(jī)的機(jī)體,包括垂直尾翼、水平尾翼、機(jī)身蒙皮以及機(jī)翼的壁板和蒙皮等。如美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22復(fù)合材料用量已達(dá)到24%,而EF2000更高達(dá)43%,EF2000除鴨翼外,機(jī)身、機(jī)翼、腹鰭、方向舵都采用復(fù)合材料,“濕潤”結(jié)構(gòu)表面的70%為復(fù)合材料,陣風(fēng)也是如此,70%的“濕潤”表面為復(fù)合材料,重量約為947kg。F-35的復(fù)合材料幾乎覆蓋了整個(gè)飛機(jī)外表面。
大幅增加無人戰(zhàn)斗機(jī)載油量
無人戰(zhàn)斗機(jī)是未來航空武器的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。國外目前研制的無人機(jī)以復(fù)合材料和傳統(tǒng)鋁合金的混合結(jié)構(gòu)為主,如“捕食者”、“全球鷹”等均是如此。其中“全球鷹”的機(jī)翼和尾翼由石墨/環(huán)氧復(fù)合材料制造,復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的65%。為滿足采購政策、隱身性能、機(jī)動性、生存力對材料的特殊需求,盡可能提高燃油裝載量,無人戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是大量應(yīng)用復(fù)合材料。以波音公司的X-45A為例,除機(jī)身的龍骨、梁和隔框采用高速切削鋁合金外,其余的機(jī)體結(jié)構(gòu)都是由復(fù)合材料制成。諾斯羅普格魯門公司的X-47A的機(jī)體除一些接頭采用鋁合金外,整個(gè)機(jī)體幾乎全部采用了復(fù)合材料。
明顯增大運(yùn)輸機(jī)有效載重量
大型軍用運(yùn)輸機(jī)C-17中復(fù)合材料主要用于次要結(jié)構(gòu),如雷達(dá)罩、整流罩、操縱面、口蓋、翼梢小翼蒙皮等,復(fù)合材料重量約為7258k,占該機(jī)結(jié)構(gòu)重量的8.1%。而歐洲EADS正在研究的A400M屬于新一代大型軍用運(yùn)輸機(jī),在材料應(yīng)用技術(shù)上有了一個(gè)新的飛躍,主要表現(xiàn)為先進(jìn)復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的35%~40%。與C-17不同的是,在A400M上,碳纖維復(fù)合材料用于一些主承力結(jié)構(gòu),而C-17的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量比僅為8%,且主要用于操縱面及次要結(jié)構(gòu)。A400M的機(jī)身仍由傳統(tǒng)的鋁合金制成,但卻開創(chuàng)了采用碳纖維復(fù)合材料制造大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼的先河,機(jī)翼長達(dá)19米,令業(yè)界頗為矚目。
極大提升民用飛機(jī)市場競爭力
波音、空客兩家大型民用客機(jī)制造商均將其視為實(shí)現(xiàn)新飛機(jī)機(jī)體減重及降低直接運(yùn)營成本的有效途徑,降低油耗、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/艙內(nèi)材料的一體化。如在新一代波音787飛機(jī)上,復(fù)合材料用量將達(dá)到50%,創(chuàng)大型客機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用紀(jì)錄。歐洲空中客車公司在新近研制的A380型寬體客機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)上均采用了先進(jìn)復(fù)合材料,用量已占結(jié)構(gòu)重量的25%,其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料占22%,另采用了3%玻璃纖維增強(qiáng)的鋁合金層板復(fù)合材料Glare。在機(jī)翼前緣等處還采用了聚苯硫醚熱塑性復(fù)合材料。該公司目前正在研制的新一代客機(jī)A350,復(fù)合材料的應(yīng)用比例也將達(dá)到39%。
高超聲速飛行器上天關(guān)鍵
高超聲速技術(shù)主要指研制高超聲速(Ma>5)飛行器所需的相關(guān)技術(shù)。以NASA開發(fā)的第二代可重復(fù)使用航天飛機(jī)為例,油箱內(nèi)襯為復(fù)合材料。在推進(jìn)系統(tǒng)中將采用陶瓷基復(fù)合材料發(fā)射斜軌、金屬基復(fù)合材料機(jī)匣以及樹脂基復(fù)合材料涵道。此外還將采用復(fù)合材料電子設(shè)備艙。第三代可重復(fù)使用航天飛機(jī)將為智能結(jié)構(gòu),具有自適應(yīng)熱防護(hù)系統(tǒng)及智能化無損檢測裝置,自愈合的飛機(jī)結(jié)構(gòu)及表面。發(fā)動機(jī)材料將可能使用經(jīng)冷卻的復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料加力燃燒室殼體、超高溫復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料將包括超高溫樹脂基復(fù)合材料、低成本耐腐蝕熱防護(hù)系統(tǒng)復(fù)合材料液氧油箱。
減重同時(shí)改善直升機(jī)抗墜毀性
直升機(jī)采用復(fù)合材料不僅可減重,而且對于改善直升機(jī)抗墜毀性能意義重大,因而復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更廣、用量更大,不僅機(jī)身結(jié)構(gòu),而且由槳葉和槳轂組成的升力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)也大量采用樹脂基復(fù)合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升機(jī)均大量采用了復(fù)合材料,如頃轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)V-22用復(fù)合材料近3000公斤,占結(jié)構(gòu)總重的45%左右,法德合作研制的“虎”式武裝直升機(jī),復(fù)合材料用量更高達(dá)77%。此外,先進(jìn)復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)上也得到成功應(yīng)用。航空發(fā)動機(jī)使用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料取代金屬材料可以有效減輕發(fā)動機(jī)重量,降低燃料消耗,增加航程。
航空復(fù)材應(yīng)用歷程
軍用飛機(jī)
第一階段:復(fù)合材料主要用于受力較小或非承力件,如艙門、口蓋、整流罩以及襟副翼、方向舵等。
第二階段:復(fù)合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一級的次承力部件,以F-14硼/環(huán)氧復(fù)合材料研制成功作為標(biāo)志,此后F-15、F-16、F-18、幻影2000和幻影4000等均采用了復(fù)合材料尾翼,此時(shí)復(fù)合材料用量大約只占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量的5%。
第三階段:復(fù)合材料開始應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身等主要的承力結(jié)構(gòu),受力很大,規(guī)模也很大,主要以美國原麥道公司研制成功FA-18復(fù)合材料機(jī)翼作為里程碑,此時(shí)復(fù)合材料用量已提高到了13%,軍機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化進(jìn)程進(jìn)一步得到推進(jìn)。
此后世界各國所研制的軍機(jī)機(jī)翼一級的部件幾乎無一例外地都采用了復(fù)合材料,其復(fù)合材料用量不斷增加,如美國的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、法國的“陣風(fēng)”(Rafale)、瑞典的JAS-39、歐洲英、德、意、西四國聯(lián)合研制的“臺風(fēng)”(EF2000)、俄羅斯的C-37等。
需要指出的是,繼機(jī)翼、機(jī)身采用復(fù)合材料之后,飛機(jī)的最后一個(gè)重要部件——起落架也開始了應(yīng)用復(fù)合材料,向著全機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化又邁進(jìn)了一步。復(fù)合材料用在起落架上是代鋼而不是代鋁,可有更大的減重空間,一般可達(dá)40%左右。
民用客機(jī)
第一階段:采用復(fù)合材料制造受力很小的前緣、口蓋、整流罩、擾流板等構(gòu)件。
第二階段:制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力較小的部件。
第三階段:制造垂尾、平尾受力較大的部件,突破了尾翼級部件在大型客機(jī)上的試用,隨后B777設(shè)計(jì)應(yīng)用了復(fù)合材料垂尾、平尾,共用復(fù)合材料9.9噸,占結(jié)構(gòu)總重的11%。
第四階段:在飛機(jī)最主要受力部件機(jī)翼、機(jī)身上正式使用復(fù)合材料,如波音公司正在研制的B787“夢想”飛機(jī),其復(fù)合材料用量達(dá)50%。A380超大型客機(jī),其復(fù)合材料用量達(dá)25%,主要應(yīng)用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機(jī)身地板梁和后承壓框等,開創(chuàng)了先進(jìn)復(fù)合材料在大型客機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用的先河。
航空復(fù)材零件制造成型技術(shù)
1.樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)(RTM)。樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料制造方法,最初主要用于飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)件,如艙門和檢查口蓋。
2.樹脂浸漬技術(shù)(RFI)。RFI工藝是一種樹脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的低成本復(fù)合材料成型技術(shù)。該技術(shù)由于只采用傳統(tǒng)的真空袋壓成型方法,免去了RTM工藝所需的樹脂計(jì)量注射設(shè)備及雙面模具的加工,在制造出優(yōu)異的制品的同時(shí)大大降低了制品的成本,目前主要應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)天線罩。RFI適用于大平面或不太復(fù)雜的曲面。A380的機(jī)翼后緣和后壓力隔框,波音787機(jī)身的大部分隔框,GEnx的風(fēng)扇機(jī)匣都是采用RFI技術(shù)制造。RFI的關(guān)鍵工藝技術(shù)包括:預(yù)形件成型、樹脂流動模擬及控制、編織及縫合設(shè)備研究。
3.纖維纏繞(Filament Winding)。航空航天用復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、制備方法、原理和運(yùn)用該工藝主要用于空心、圓形及橢圓零件,如管路及油箱。纖維束通過一個(gè)樹脂池浸漬后纏繞到芯軸上,纏繞方向和速度由纖維進(jìn)給裝置控制。這是一項(xiàng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術(shù),無論是在自動化、速度、厚度變化、質(zhì)量和纖維方向上都得到了巨大改進(jìn)。它是筒形件的低成本快速制造方法。在GEnx風(fēng)扇包容機(jī)匣預(yù)形件的制造中,采用了一種編織帶纏繞技術(shù),即將編織好的石墨纖維帶通過滾筒在芯軸上纏繞數(shù)十層,制成預(yù)形件。
4.自動鋪帶技術(shù)(ATL)。ATL采用有隔離襯紙的單向預(yù)浸帶,剪裁、定位、鋪疊、輥壓均采用數(shù)控技術(shù)自動完成,由自動鋪帶機(jī)實(shí)現(xiàn)。按所鋪放構(gòu)件的幾何特征,自動鋪帶機(jī)可分為平面鋪帶和曲面鋪帶,系統(tǒng)由臺架系統(tǒng)和鋪帶頭組成。
5.自動鋪絲技術(shù)(AFP)。自動鋪絲技術(shù)相對較新并在近年格外受到關(guān)注。它兼顧了自動鋪疊與纖維纏繞的優(yōu)點(diǎn)。能夠制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件,對纖維角度不限制。而且具有極大減少生產(chǎn)成本的潛力。
航空復(fù)材無損檢測方法
1.渦流檢測法。渦流檢測法的基本原理是渦流探頭中線圈通以交變電流后能產(chǎn)生交變磁場。此方法適用于可以導(dǎo)電的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,對照標(biāo)準(zhǔn)試樣,可以檢測出碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的含量與缺陷,而對玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以及凱夫拉纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不適用。
2.射線檢測法。射線檢測法是航空航天復(fù)合材料無損檢測的主要技術(shù)之一,具有4個(gè)分支不同的檢測方法:X射線照相檢測法,根據(jù)穿過不同材料的衰減量不同引起透射射線強(qiáng)度的變化,而在膠片上呈現(xiàn)明暗不同的影像,從而檢測出被測物體中存在的缺陷;X射線實(shí)時(shí)成像檢測法,該方法的特點(diǎn)在于檢測效率高,可實(shí)現(xiàn)缺陷的在線檢測,且圖像處理后可進(jìn)行缺陷的自動評定;X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描法,即工業(yè)CT技術(shù),工業(yè)CT技術(shù)對固體火箭發(fā)動機(jī)的絕熱層和藥柱中的氣孔、夾雜、裂紋及脫粘等常見缺陷具有很高的檢測靈敏度,并能準(zhǔn)確測定器尺寸和部位;X射線斷層形貌成像法,X射線旋轉(zhuǎn)硬毛成像法作為一種X射線斷層形貌成像法,已經(jīng)應(yīng)用在直升機(jī)不減的質(zhì)量評價(jià)中以及衛(wèi)生微博反射器復(fù)合材料的碳纖維取向測量中,精度達(dá)到±0.1°。
3.超聲波檢測法。該方法主要利用復(fù)合材料本身或其缺陷性的聲學(xué)性質(zhì)對超聲波傳播的影響來檢測材料內(nèi)部和表面的缺陷,具有靈敏度高、穿透性強(qiáng)、檢驗(yàn)速度快、成本低和對人體無害的等優(yōu)點(diǎn)。
4.光學(xué)檢測法。該方法可以檢測出在試樣加載時(shí)引起溫度變化或表面變形的缺陷,具有紅外線熱成像法、激光全息無損檢測法和剪應(yīng)力成像法三種技術(shù)。其中,紅外線成像法可用于檢查噴漆發(fā)動機(jī)渦輪葉片和機(jī)舵的質(zhì)量,精度高,測量范圍廣;激光全息無損檢測法是一種干涉計(jì)量數(shù),其干涉計(jì)量精度與激光波長同數(shù)量級,因此極微小的變形也能被檢測出來;剪應(yīng)力成像法可以自動指出航空航天復(fù)材諸如脫粘和分層等缺陷。
5.聲發(fā)射檢測法。聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)成為研究復(fù)合材料斷裂機(jī)理的一種重要手段。目前采用該技術(shù)可以檢測沒跟碳纖維或玻璃纖維絲束的質(zhì)量。此外,聲發(fā)射技術(shù)還可以對老舊飛機(jī)疲勞裂紋擴(kuò)展的動態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測。
航空復(fù)材市場分布情況
航空復(fù)合材料由纖維和樹脂材料組成,根據(jù)纖維強(qiáng)度劃分,纖維加強(qiáng)型材料可分為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)、玻璃鋼(GFRP)等,2013年,CFRP占整個(gè)航空復(fù)合材料市場的54.3%,GFRP占25.8%,預(yù)計(jì)到2018年,CFRP所占份額會增長到67.2%,玻璃鋼會減少至17.3%。
根據(jù)用途不同,航空復(fù)合材料可分為機(jī)身復(fù)合材料、航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料、飛機(jī)內(nèi)部復(fù)合材料。2013年,機(jī)身所用復(fù)合材料占總體的64.6%,航空發(fā)動機(jī)復(fù)合材料占6.9%,飛行器內(nèi)部占28.5%;預(yù)期到2018年,機(jī)身所占比重會提高到77.4%,航空發(fā)動機(jī)占4.8%,飛行器內(nèi)部占17.8%。
新的復(fù)合航空材料制造方法有非熱壓罐工藝(OOA),真空袋成型技術(shù)(VBO),壓縮鑄造法等。例如,非熱壓罐工藝(OOA)技術(shù),使復(fù)合航空材料大量應(yīng)用在航空器上成為可能,傳統(tǒng)的熱壓處理對零件的大小和產(chǎn)量都有限制,且工序繁雜,加工時(shí)間長,加工溫度高。使用OOA方法制造復(fù)合材料,可有效克服這些問題,并降低成本,降低廢品率。(中國紡織報(bào))