航空复合材料整体成型技术应用

◎ 孙玉强

航空复合材料整体成型技术的应用能够简化以往的结构制造流程，可以在短时间内完成零部件的生产加工，对提升航空设备生产制造效率有着积极影响，同时也可以降低成本方面的投入，在当前的航空制造企业中得到了广泛应用。这项技术的应用前景较为广阔在现代化的发展环境中，加强对复合材料整体成型技术的研究对航空制造行业的发展具有现实意义。

一、航空复合材料整体成型技术的应用优势

复合材料的整体化和大型化应用是目前航空制造领域的主要发展趋势，能够改善小尺寸材料应用中存在的不足，可以满足航空设备不同部位的装配需求，保证了复合材料的应用质量能够为航空设备的安全稳定提供保障。整体成型技术的应用能够很好的满足以上要求，其应用优势主要体现在以下方面：

1.经济性。

整体成型技术在实际应用过程中采用了多种连接方式将多个零部件连接在一起形成一个整体，便于后续装配工作的顺利开展，缩短了设备的装配时间不用花费较长的时间进行各零部件的对接工作，能够进行大范围装配，零部件的数量有所减少整体的工作效率得到了显著提升。另外，整体化的设备结构在进行成本核算的过程中，由于结构质量减轻投入的成本也有所降低所以这项技术的应用具有良好的经济性优势。

2.促进装配工作的顺利开展。

以往在进行航空设备生产制造的过程中，由于设备的整体结构较为复杂在装配过程中所需的紧固构件比较多，装配人员的工作量比较大，而且装配质量也容易受到人为因素的影响而无法得到保障，不能对航空装配工作的整个流程进行有效管理。而复合材料整体成型技术的应用可以将结构连接在一起，不用使用较多的紧固构架进行各部位的连接工作，能够根据实际需要针对性的应用这项技术，整体的灵活性比较强。另外，紧固构件数量的减少也在一定程度上减少了装配人员的工作量，缩短了飞机构件的装配时间。在一些承力部位的机械连接操作中，所采用的紧固构件以钛合金紧固件为主，相对来说投入成本较高。另外，在进行装配施工时，需要借助专用的工具进行钻孔操作，对于钻孔的质量和精度要求较高，这也会产生大量的人工成本投入。此外，装配过程中，应采取湿化装配方法，以免出现电化腐蚀的现象，但相比于其他装配方法，湿装配的成本投入较高。采用复合材料整体成型技术则可以有效减少上述操作，起到控制装配成本的作用。

3.翼身一体化。

翼身融合就是将机翼和机身融为一体，进行整体结构设计和整体制造。由于复合材料整体成型技术的发展，使得翼身融合设计更易实现。如美国的无人作战飞机X45-A，即采用高度翼身融合体的无尾式飞翼布局，复合材料占机体结构的比例超过50%，大部分构件由整体成型技术制成；另外无人作战飞机X-47A采用高度翼身融合体的无尾飞翼式布局，全机结构由复合材料，全机结构由复合材料制成，沿中轴线上下分4大块制成，充分发挥了复合材料整体成型的技术优势。

二、航空复合材料整体成型的技术方法

航空复合材料整体成型的技术方法主要有两种，第一是共胶接。共胶接也叫胶接共固化，是指一个或多个已经固化成型与另一个或多个尚未固化的预成型件通过胶粘剂，在一次固化工艺中固化并胶接成1个整体制件的工艺方法；共固化。共固化是指2个或2个以上的预成型件经过同一固化一次固化成型为一个整体构件的工艺方法；二次胶接。二次胶接是指将2个或多个已固化的复合材料零件通过胶接而连在一起的工艺方法。二次胶接工艺方法的优点在于：二次胶接无应力集中现象，提高结构的疲劳寿命；二次胶接不需要钻孔，结构完整性好，密封性能好；零件分次固化，工艺风险小。

三、航空复合材料整体成型技术的应用分析

在复合材料应用范围逐渐增大的基础上，其在航空制造中的作用也越来越突出，已经由最初的非承力构件制造，转变为在承力构件制造中的应用，同时整体成型技术的推出，也为其在航空制造中的推广与应用奠定了良好的基础。一些较为先进的复合材料已经被成功应用到我国所设计的军民飞行器上，主要应用部位有水平安定面、升降舵以及机翼等重点结构部位。在技术不断完善的基础上，已经实现了各类构件的批量化生产与应用，不仅能够提升复合材料的应用水平，也可进一步提升制造效率。

整体成型技术在我国航空制造中的应用主要表现在机身、球面框、机翼、平尾和鸭翼等部位。实际制造生产中，在各类结构中发挥了突出的应用优势，不仅可以减轻结构重量，还可以缩短施工周期，使航空制造的效率得到显著提升。复合材料整体成型技术在应用过程中总结出了较为完善的施工经验，且借助多种整体成型技术实现了壁板、加筋工件的加工制造，对于一次曲型结构也可采用复合材料进行加工生产。

另外，研发团队开发了可实现“零吸胶、常温加压”工艺的环氧和双马来酰亚胺预浸料，突破了大尺寸/整体化复合材料构件成型时温差大、加压窗口对构件质量影响的技术瓶颈，为大尺寸/整体化复合材料构件的制造奠定了基础。当然，和欧美等发达国家相比，我国航空复合材料整体成型技术的运用相对较少，工艺技术水平相对较低，自动化水平相对低下，制件质量及性能有待提升，研制成本相对较高。为了应对航空制造业的发展要求，应该大力开展整体成型技术的相关研究，以实现复合材料整体成型技术的跨越式发展。

结语：航空工业发展水平在不断提升的过程中，应用的工艺技术逐渐趋于完善，复合材料成型技术也向着整体化的方向发展，整体成型技术与以往应用的技术相比更能够体现出材料的性能与优势，实现航空设备构件的轻量化，有效提高了装配质量和效率。整体成型技术在提升航空产品的综合效益方面起到了重要作用。要想更好的适应当前的发展形式满足航空设备的制造需要，还需要将多种高新技术与整体成型技术相结合，提高技术的自动化和智能化水平，保证复合材料的使用质量。