航空复合材料整体成型技术应用探究

王春艳

复合材料整体成型技术实际上就是指，应用复合材料的应用特点采取固化、共胶接或者液体成型的方式使其形成整个构件的制造方法。该种技术的应用可以大大减少零部件的生产率。对于一些刚度要求较大，且承力性能要求较大的构件来说，均可应用复合材料整体成型技术来完成制造。借助该技术可以使结构的整体性得到保障。进行具体制造设计时，可以将由上百个零件构成的结构组合成一个整体，这有效缩短了施工装配的时间，使飞行器制造的效率和质量均得到明显提升，在实际生产工作中的应用也取得了良好的效果。

一、复合材料整体成型技术的应用优势分析

复合材料由最初的单一构件制造，已经逐渐转便变为整体化和大型化结构的制造。可以说，复合材料在航空制造领域中的应用取得了较大的进展，尤其是复合材料整体成型技术的应用使得航空制造的效率和质量均得到了有效的改善，对于促进航空制造领域的发展具有积极作用。下面就针对复合材料整体成型技术的主要应用优势展开一一探讨：

1、有益于降低构件制造成本

复合材料整体成型技术在应用的过程中，可以实现对多种零件的有效整合。与以往的航空制造技术相比，可以缩短构件装配的时间。因复合材料的成本计量方式是通过单位的形式计算。为此，该种技术的应用可以使航空制造的成本得以有效控制。

2、有益于提升装配质量

整体成型技术可将几十万个紧固件减少到几百或几千个，从而可大幅度地减少结构质量，降低装配成本，进而降低制件总成本。众所周知，在复合材料承力结构的机械连接中，所用紧固件特殊，多为钛合金紧固件，成本较高；施工中钻孔和锪窝难而慢，须用特殊刀具，容差要求严、成本高；装配中要注意防止电化腐蚀，必须湿装配，耗时费力、成本高。大量减少紧固件的结果必然减轻结构因连接带来的增重，减少诸多因连接带来的种种麻烦，最终获取的效益是降低成本。在装配阶段，由大型连接而成的部件或整体制造的大型零部件减少了劳动力，消除或显著减少了配合孔的数量，同时还具有减重、取消轴向接头、减少装配误差等益处。另外，零部件数量的减少使供应链的复杂性和装配流程也有所简化。这些对于装配效率的提高以及制件的最终质量的提升都有重要的贡献。

3、使高度翼身融合设计成为可能

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。

4、增强飞行器的隐身能力

由于采用整体成型的复合材料结构，大大减少了传统机身结构上存在的大量缝隙、台阶、紧固件头，同时整体成型更有利于机身的扁平设计与制造，这将有效降低飞机雷达反射面积。同时采用整体成型技术，可以将吸波材料融合在机体结构外表和内部，实现机体结构对雷达波的吸收，亦可以提高飞机的隐身性能。

二、在我国航空领域中应用复合材料整体成型技术

随着我国航空领域飞机设计水平的逐步提高和新型复合材料的不断出现，复合材料逐步应用于主承力构件。当前，先进复合材料整体构件已在我国自主设计的军民机上，包括鸭翼、垂直安定面、水平安定面、升降舵及方向舵等构件进行批量应用，可以大幅度提高我国航空复合材料技术水平，尤其在无人机领域，复合材料整体构件应用更为广泛。随着复合材料应用的越来越广泛，整体成型技术在国内复合材料航空构件研制过程中越来越成熟。国内飞机运用整体化成型的复合材料构件包括整体化机身，机身球面框、尾椎壁板、机翼、平尾、垂尾和鸭翼等部件。

复合材料在我国航空制造领域中的应用已经有了多年的历史，在技术水平方面也取得了较大的进展。此外，还借鉴国外先进的应用技术，研发了复合材料整体成型技术，并且逐步演变成了多种胶结方式，可适用于大量的构件制造中，使复合材料整体成型技术的应用范围更加广泛。由单一部件的制造转变为大型结构的制造。在加筋壁板和整体壁板方面的应用优势较为明显。在不断应用的过程中，对各类技术进行了有效的完善。对一些对曲面弯度和厚度具有较高要求的异形结构来说，也可应用复合材料的整体成型技术来完成制造。同时，对于零吸胶工艺的应用，还可使复合材料构件制造的尺寸得到进一步扩大。对于加压窗口的构件质量问题也可得到有效改善。这一技术的应用为航空制造行业的进一步发展奠定了良好的应用基础。

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：航空复合材料构件逐渐向整体化发展已经成为必然趋势。一方面整体化和大型化能更好发挥复合材料的优点和特点，能够进一步减轻质量，提高构件质量，减少紧固件数量，降低装配成本；同时，复合材料的设计和制造特点也便于实现构件的整体化。在航空产品中使用复合材料整体化技术所带来的效益已获得广泛共识，整体化成型技术所运用的工艺方法也越来越多，越来越趋向自动化，如自动铺丝、自动铺带技术的运用。在国内外各型飞机上，整体成型技术已经运用到机身、机翼等主承力构件的制造中。当然复合材料整体成型技术的运用也存在着一些技术和制造成本的问题，这也将推动复合材料整体成型技术向高效、自动化、低成本方向发展。

参考文献：

[1]张建宝,王俊锋,孙宏杰,等.航天复合材料自动化成型技术研究现状[J].航空制造技术,2012,419(23):67-69.

[2]周晓锋.航空用复合材料异形导管技术研究[J].玻璃钢/复合材料,2014(3):48-51.