课 题 | |||||
目的与要求 | 明确空客使用复材的目的、意义和最终的作用 熟悉复合材料的使用给空客公司在制造过程带来的优势 熟悉A380使用复材的特点以及使用中存在的问题 了解A380中使用的复合材料和原材料种类 了解空客使用先进复材成型技术的种类及其特点 | ||||
重 点 | 熟悉复合材料的使用给空客公司在制造过程带来的优势 熟悉A380使用复材的特点以及使用中存在的问题 | ||||
难 点 | 了解A380中使用的复合材料和原材料种类 | ||||
教 具 | |||||
复 习 提 问 | 明确空客使用复材的目的、意义和最终的作用 熟悉复合材料的使用给空客公司在制造过程带来的优势 | ||||
新知识点考查 | 熟悉A380使用复材的特点以及使用中存在的问题 了解A380中使用的复合材料和原材料种类 | ||||
布置作业 | 课堂布置 | ||||
课后回忆 | 熟悉A380使用复材的特点以及使用中存在的问题 | ||||
备注 | |||||
教员 | |||||
1. 空客公司的应用现状 1.1. 复合材料在大型民机上的应用 先进复合材料具有高比强度、高比模量等优点，在飞机上采用先进复合材料可以大幅度减轻机体结构质量、改善气动弹性，提高飞机的综合性能，因此先进复合材料在飞机上的应用不断得到扩大。根据美国复合材料制造商协会统计，2001年世界上飞机生产对碳纤维的需求量约为900～1000t。 从大型民用飞机发展来看，美国波音公司第一代大型民用客机B707上没有采用复合材料，复合材料的用量为0。第二代B747上复合材料的用量为2％～3%，已经有了明显的增长。B757和B767属于第三代大型客机，复合材料的用量增加到3％－5%。波音公司最新的B777第四代大型客机，采用复合材料达到8～9t，占该机结构质量的9%左右。欧洲空中客车公司生产的超大型客机A380-800可搭乘555名旅客，起飞质量56t，复合材料的用量高达25%。 从1960年DC-9飞机到2004年A380-800客机，复合材料在大型民用飞机上的用量根据美国宇航局（NASA）哈里斯（Harris，C.E.）和夏特（Shuart，M.J.）的统计详见表1。 由表1对复合材料在民用飞机上的应用可得出如下结论： ⑴ 世界上最大、最有影响生产大型民用飞机公司主要有美国波音公司、美国麦克唐纳·道格拉斯公司（简称麦道公司）、美国洛克希德公司和欧洲空中客车公司，因麦道公司已被波音公司兼并，洛克希德公司已退出民用飞机市场，因此，复合材料在民用飞机上的应用，实际上就是看美国波音公司和欧洲空中客车公司在大型民用飞机生产中采用复合材料的水平。 ⑵ 复合材料在大型民用飞机上的应用不断扩大。随科学技术的发展，复合材料在大型民用飞机上的用量不断增长，从1960年DC9的用量不足1%，1980年代逐步增长到A310的10%左右，而到2003年复合材料在A380的用量高达25%。 ⑶ 复合材料在大型民用飞机上的应用已接近在先进军用飞机上的应用水平。F22是当前美国最先进的军用飞机之一，复合材料的用量在26%左右。而2003年欧洲空中客车公司生产的A380超大型客机，复合材料的用量也高达25%，表明复合材料在先进军用飞机和先进的大型民用客机上的用量已相当。 | |
⑷ 欧洲在大型民用飞机上采用先进复合材料量已大大高于美国。从表4-5可明显地看出，欧洲空中客车公司生产的大型民用飞机，其复合材料的应用程度比美国要高得多。欧洲空中客车公司在1985年生产的A300-600，复合材料的用量已经达到5%～6%，该公司生产的A320、A321、A322等复合材料的用量都达到或超过15%，而A380高达25%。 美国波音公司在1990年生产的B747-400，复合材料的用量仅为2%，1995年生产的B777是美国波音公司生产的大型民用飞机中采用复合材料最高的，复合材料的用量也只有9%，远远低于同时期欧洲空中客车公司生产大型民用飞机复合材料的采用量。 表4-5 复合材料在民用飞机上的应用 （空客和波音的对比表）
制钢1.2. 复合材料在欧洲空中客车公司A380-800飞机上的应用 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
正在建造中的欧洲空中客车公司A380-800飞机长73m、高24.1m、翼展79.8m，在最经济有效的0.89M飞行速度下，航程1.4×10km。它是民航飞机中最先进、最具代表性、也是采用复合材料比例最高的机种。A380-800飞机中先进维复合材料用量高达30－35t，主要是碳/环氧复合材料，也包括GLARE（玻璃纤维增强铝）和玻纤/环氧。此外，还有30t玻纤/酚醛复合材料，用于飞机的内装修。 A380-800飞机复合材料构件分别由空中客车各分公司和合作伙伴完成。空中客车法国分公司制造中机身，包括中翼盒、机头和驾驶舱。BAE系统公司生产主机翼段。空中客车德国分公司制造机身、前、后机翼（包括玻璃纤维增强铝GLARE的组装）、垂直尾翼和后压力舱壁等。空中客车西班牙分公司制造后机身、水平面、腹部整流装置、方向舵和升降舵等。一些复合材料次承力构件由欧洲、美国和日本等国转包合同公司承担。第一架A380-800的制造生产始于2002年1月23日，将最后于2004年在法国吐鲁兹（Toulouse）组装。A380-800的首飞已经于2004年实施。 A380-800飞机复合材料构件的尺寸与其他同类飞机相比，无论长度或厚度都超过1倍，除了常规手工铺层/压力釜工艺外，A380-800飞机上采用一系列复合材料先进制备技术，包括：先进纤维铺放技术（AFP）预浸带自动铺层技术（ATL）、树脂膜浸渗技术（RFI）、树脂传递模技术（RTM）、拉挤（Pultrusion）和热塑性树脂成型/焊接技术。A380-800飞机上采用的碳纤维、预浸料、树脂等原材料详见表2。 表2 欧洲空中客车公司A380飞机上采用的碳纤维 及复合材料原材料
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| 智能控制方法 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表4-6欧洲空中客车公司A380飞机上采用的碳纤维 及复合材料原材料（续表）
2. 简介空客使用的先进工艺技术 2.1. 树脂转移模塑成形技术RTM 树脂转移模塑成形技术(RTM)工艺的主要原理是在模腔中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动流畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成形复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热压罐的成形方法，因此，具有效率高、投资低、绿环保等优点，是未来新一代飞机机体有发展潜力的制造技术。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.2. 树脂浸渍技术(RFI) RFI工艺是一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合的树脂浸渍技术。其成形过程是将树脂制备成树脂膜或稠状树脂块，安放于模具的底部，其上层覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体。然后依据真空成形工艺的要点将模腔封装，在热环境下采用真空技术将树脂由下向上抽吸。树脂膜受热后黏度降低，沿着预制体由下向上爬升，从而填满整个预制体空间，随即依照固化工艺，制成复合材料制件。该技术由于只采用传统的真空袋压成形方法，免去了RTM工艺所需的树脂计量注射设备及双面模具的加工，在制造出优异制品的同时大大降低了成本。目前在航空领域主要应用于飞机雷达天线罩，但是该工艺虽然不采用热压罐固化零件，但还需要真空袋系统进行固化，而且工艺温度要求高，所以要求核心材料和工装能够承受高温。该技术包括的关键工艺技术：预形件成形(三维编织及缝合等技术)、树脂流动模拟及控制、编织及缝合设备研究。 2.3. 拉挤成型工艺 拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材(工字形、槽形、方形型材)等。 拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是： (1) 生产过程完全实现自动化控制，生产效率高。 (2) 拉挤成型制品中纤维含量最高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高。 (3) 制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求。 (4) 生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其他工艺省工、省原料、省能耗。 (5) 制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。 2.4. 纤维缠绕工艺 纤维缠绕工艺主要用于空心、圆形及椭圆零件，如管路及油箱。纤维束通过一个树脂池后以各种方向和速度缠绕到芯轴上，方向和速度由纤维进给机控制。这是一项已经发展较为成熟的技术，是筒形件的低成本快速制造方法。无论是在自动化、速度、变厚度、质量和纤维方向上都较其他工艺得到巨大的改进。目前纤维缠绕主要缺点是成本高、自动化程度低，未来可能用于昂贵的钛合金接头和发动机叶片等， 而且在成本上将有所降低。 2.5. 自动铺放技术 自动铺放技术在现代飞机上已经获得广泛应用，并取得了巨大进展，飞机复合材料零件的生产由于规模有限，因此全自动化可能并不是最经济的手段，但半自动化生产则是较可行的制造方法。现有的自动铺叠技术已经在速度和准确度上有很大增长，而且计算机技术对其发展产生了很大影响。 | |
2.6. 丝束铺放技术 丝束铺放技术相对较新并在近年受到格外关注，它兼顾了自动铺叠与纤维缠绕的优点。能够制造复杂形状结构件，对纤维角度不限制，而且有极大降低生产成本的潜力。未来的开发包括最佳化控制系统、铺放头位置反馈、在线快速检测、准确和高质量产品。 3. 作业 3.1. 用自己的语言简要对比波音公司和空客公司使用复材的竞争关系。 3.2. 欧洲空中客车公司在A380飞机上采用了哪些碳纤维及复合材料原料？ 3.3. 简要陈述空客使用的先进工艺技术有哪些？并简述其过程。 | |
本文发布于:2024-09-23 20:15:22，感谢您对本站的认可！
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