現(xiàn)代飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)正向著以共固化／共膠接為核心的大型整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件為對(duì)象，以低成本為目的，以自動(dòng)化和數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合為手段的方向發(fā)展。為保證我國(guó)大飛機(jī)研制項(xiàng)目的順利實(shí)施，精化傳統(tǒng)復(fù)合材料制造模式，進(jìn)行現(xiàn)代復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件制造技術(shù)的研究與擴(kuò)大應(yīng)用是十分必要的。


      與金屬材料相比，高性能纖維復(fù)合材料成本高，所以必須在纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造過(guò)程中廣泛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化相結(jié)合的現(xiàn)代復(fù)合材料制造技術(shù)，以達(dá)到降低飛機(jī)全壽命周期內(nèi)成本的目的。

1復(fù)合材料用量大幅提高

       目前，國(guó)外新一代軍機(jī)和民用運(yùn)輸機(jī)已普遍采用高性能樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，第四代戰(zhàn)機(jī)復(fù)合材料用量占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20% - 50%，干線(xiàn)客機(jī)約為10% - 50%。 以波音777為例，在其機(jī)體結(jié)構(gòu)中，鋁合金占70%、鋼11%、用量已占到結(jié)構(gòu)重量的50%，不僅數(shù)量激增，而且已用于飛機(jī)的主承力構(gòu)件。鈦7%，復(fù)合材料僅占到11%，而且復(fù)合材料主要用于飛機(jī)輔件。但到波音787時(shí)，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其用量已占到結(jié)構(gòu)重量的50%，不僅數(shù)量激增，而且已用于飛機(jī)的主承力構(gòu)件。

2構(gòu)件集成化。整體化、大型化

       復(fù)合材料是大型整體化結(jié)構(gòu)的理想材料，與常規(guī)材料相比可使飛機(jī)減重15% - 30%，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本降低15%-  30%，制造成本大幅降低。復(fù)合材料還克服了金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點(diǎn)，增加了飛機(jī)的耐用性，改善了飛機(jī)的維修性，同時(shí)也帶來(lái)了飛機(jī)客艙的舒適性。

       美國(guó)CAI計(jì)劃將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體成型技術(shù)列為其最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，并于2001年開(kāi)始用于F-35 (JSF)的驗(yàn)證上。

      在波音787之前，飛機(jī)的機(jī)身段由約2500個(gè)配件、3萬(wàn)個(gè)螺釘組裝起來(lái)，現(xiàn)在通過(guò)采用集成化的整體機(jī)身結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)方式更簡(jiǎn)單、更可靠，且顯著減少了零件數(shù)目，減重約達(dá)20%。

3制造設(shè)備大型化

      在復(fù)合材料制造設(shè)備上，國(guó)外民機(jī)廣泛采用了高效的雙頭鋪帶機(jī)、自動(dòng)鋪放設(shè)備、大型熱壓罐及超聲檢測(cè)設(shè)備等，為高速生產(chǎn)機(jī)體結(jié)構(gòu)提供了保障。
      ASC工藝系統(tǒng)公司已制造出用于波音787復(fù)合材料機(jī)身段固化的、世界上最大的熱壓罐。該熱壓罐最大壓力1. 02MPa，最高溫度232℃，作業(yè)區(qū)面積9m×23m，容積2214m3，重量500t以上。

    Flow Intemational公司制造了超大型噴水切割機(jī)，用于長(zhǎng)達(dá)30m的波音787全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)翼蒙皮層合板的切割，床
身為36m×6.5m。該磨粒噴水切割機(jī)可快速、高效切割厚的層合扳，且不產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題。

4復(fù)合材料下料、鋪放、切割實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化

       由Dassault Aviation公司同BAE體系公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的商用噴氣式飛機(jī)機(jī)身采用浸漬樹(shù)脂的碳纖維窄帶和蜂窩芯材制造。該機(jī)身每節(jié)段尺寸為4.5m×2m，機(jī)身全部采用圓桶式復(fù)合材料(FUBACOMP)方案。

       B787飛機(jī)加工中生產(chǎn)出的第一個(gè)全尺寸復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)機(jī)身段的尺寸為7m×6m。這一包括桁條在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)是在一副用殷伐鋼制成的大型芯軸中制作的，芯軸上安裝有加強(qiáng)筋的W形模腔，加強(qiáng)筋在纖維鋪放前被安放在模腔中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制的復(fù)合材料鋪帶機(jī)完成纖維鋪放。模具被安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，隨著鋪帶過(guò)程的進(jìn)行，該機(jī)構(gòu)帶動(dòng)筒型件旋轉(zhuǎn)，然后該構(gòu)件被包裹并放入熱壓罐中進(jìn)行共固化，形成帶加強(qiáng)筋的殼體結(jié)構(gòu)。

5低成本制造技術(shù)廣泛應(yīng)用

       由于復(fù)合材料的成本較高，特別是制造成本，這是制約它進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的主要障礙之一。以美國(guó)為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制訂低成本復(fù)合材料發(fā)展研究計(jì)劃，不斷完善復(fù)合材料層壓板真空袋一熱壓罐制造工藝，開(kāi)發(fā)高性能、低成本的復(fù)合材料制造技術(shù)，并已取得較大進(jìn)展。如自動(dòng)化的鋪帶機(jī)(ATL)、纖維鋪放機(jī)、樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑成型(RTM)、真空輔助模塑成型(VARTM)、樹(shù)脂膜熔滲(RFI)、電子束固化及膜片成型等先進(jìn)技術(shù)。

       RTM技術(shù)不使用預(yù)浸料和熱壓罐，可以有效地降低成本，配套使用三維編織機(jī)和三維縫紉機(jī)，可以制造較為復(fù)雜的零件。RTM技術(shù)在美國(guó)的F-22和F-35上得到了廣泛應(yīng)用。波音787機(jī)身的大部分地板采用RFI制造。波音787機(jī)翼后緣由德哈維蘭公司采用VARTM工藝制造，與傳統(tǒng)的熱壓罐技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，易于修理，不易損傷。