(4) : 6372640. (in Chinese)作者简介 :黄沛霖 (1975 -) 男 ,讲师。主要研究方向 :飞行器隐身设计、飞行器总体设计。
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(责任编辑 :李铁柏 )
文章编号 :100026893 (2008) 0320605206
特邀复合材料技术与大型飞机
陈绍杰
(沈阳飞机设计研究所 ,辽宁沈阳 110035)
Composite Technology and Large Aircraft
Chen Shaojie
(Shenyang Aircraft Design and Research Institute , Shenyang 110035 , China)
摘 要 :给出了先进复合材料在大型飞机上应用的历史和现状
,特别是在 B787
和 A380等机种上的近期应用。指出了应用是从小到大、从少到多、从弱到强 ,一步一步走过来的。分析了应用的技术基础 ,说明了复合材料是一个性能优异的新材料 ,这是前提基础 ;其次应用是各种预研计划认真执行的结果 ;低成本复合材料技
建议。关键词 :复合材料 ;技术 ;大型飞机 ;应用 ;建议中图分类号 : V21418 ; V222 文献标识码 :A Abstract : The history and present status of the development and application of advanced composites on large aircraft , especially on B787 and A380 are provided , which indicates that the application developed step by step from small to large , from little to much , from weak to strong. The technology bases of application are ana2 lyzed. The fact that composites are excellent materials is the primary condiction for its widespread application in aircraft. Secondly. the application is also a result of carrying out various research plans. Affordability of composite technology is an important premise , including low cost design technology , manufacture technology , and material technology. The advance of composite technology over the last 30 odd years is a powerful guaran2 tee for its application. The paper discusses the issues and disparity in the field of composite materials technolo2 gy in China and puts forward suggestions for developing composite technology on large aircraft in the country.
Key words : composite;technology;largeaircraft;application; suggestion
研制大型飞机已被列入中国中长期科技发展域存在的问题和差距 ;提出发展中国大型飞机复规划。 2007年 2月 26日 ,在国务院常务会议上 ,合材料技术的相关建议。 原则批准了大型飞机研制重大科技专项正式立1 大型飞机上复合材料的应用项 ,并将组建大型客机公司具体管理运作此事 ,确保研制工作按计划加速推进 ,这引起了国内外高大型客机目前突出强调安全性、经济性、舒度的关注。 适性和环保性 ,这些性能上的高要求决定其对
2007年 7月 8日美国波音飞机公司的 B787复合材料需求的迫切性和必然性。先进复合材
正式下线 ,其焦点、亮点和难点主要就是复合材料料诞生于 20世纪 60年代末 ,大型客机早于 20技术及其应用。飞机性能的不断提高一直与采用世纪 70年代初就开始了先进复合材料应用的性能优异的新材料密切相关 ,一代飞机 ,一代材历史进程。 料。研制我国的大型飞机 ,复合材料无疑将是其11 1 历史与沿革
关键技术之一 ,因而形成了当前人们议论和研发的热点。以美国而言 ,应用大致分为 4个阶段 ,首先应本文旨在介绍复合材料在大型飞机上应用的用于受力很小的构件 ,如前缘、口盖、整流罩、扰流历史和沿革 ,应用的现状和实例 ;分析中国于该领板等 ;第二阶段用于受力较小的部件 ,如升降舵、方向舵、襟副翼等 ,已有了一定的规模 ;第三阶段
收稿日期 :2008201229 ;修订日期 :2008202221用于受力较大的部件 ,如水平尾翼、垂直尾翼、发通讯作者 :陈绍杰 E2mail :wubin1028 @sina. com房等部件 ,规模已较大 ;第四阶段 ,即现阶段 ,用于
机翼、机身等主承力结构 ,规模已很大。从中明显可见应用是由小到大、由少到多、由弱到强 ,循序渐进 ,一步一步走过来的。如第三阶段中完成了 B737平尾、 DC210垂尾、 L21011垂尾 3个尾翼的研制、试用和鉴定 ,此后在 B737 ,B747 ,B757和 B767上复合材料进入正式批生产应用。在较新研制的 B777上则正式应用于平尾、垂尾和机身地板梁等处 ,用量达 9 900 kg ,占结构总重量的 11 %,已具备相当的规模。
再看欧洲的情况。欧洲空中客车工业集团 ,亦于 20世纪 70年代中期开始了复合材料应用的进程 ,走过的路和美国相似 ,先上舵面 ,再上尾翼 , 1978年始研制 A320的复合材料垂尾 ,至 1985年完成 ,实现减重 20 %。此后 A320 ,A330 ,A340等机种上均大量使用了复合材料 ,把复合材料的用量推广到 15 %左右 ,此时情况比美国尚有所超出。大型民机上复合材料的应用情况详见图 1,从图中可见近年来应用的进展是很快的。
图 1 大型客机复合材料应用情况 Fig1 1 Application of composites on large aircraft over time
多年来波音和空客在民机市场上竞争激烈 ,技术上先进复合材料的应用则是其主要的对峙内容之一 ,他们要竞争复合材料技术的“霸主”地位。下面介绍应用的近况 ,由此可窥一斑。
11 2 A380的应用
空客集团已研制成超大型客机 A380 ,虽推迟进度近两年 ,但目前已首飞并正式交付航线使用。该机共用复合材料 25 %,主要应用部件包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等 ,仅中央翼盒就用复合材料 5 300 kg ,实现减重 1 500 kg ,板厚可达 45 mm,对接主交点处厚达 160 mm,受载很大。其水平尾翼的大小超过 A320的机翼 ,半展长 19 m,内装燃油 ,号称世界上正在飞行的最大复合材料整体油箱。其机身后承压框 61 2m ×51 5m ,上有泡沫塑料充填的加筋 ,用 RFI (树脂膜溶塑 )技术成形 ,号称世界上最大的 RFI整体成形构件。机身 I型地板梁 ,跨度近 6 m,两端固支 ,受载很大 ,由日本的 J AMCO公司采用创新的拉挤技术制造 ,拉进去的是预浸料而不是纤维。
A380上机身还大量应用了 Glare层板 ,共用 27块达 470 m2之多 ,约占结构总重的 3%～ 4 %,与相应的铝合金板比实现减重 25 %～ 30 %,疲劳寿命提高 10～15倍 ,长达 14 m的垂尾前缘也拟采用此层板。 Glare是玻纤增强铝合金层板 ,中国称作超混杂复合材料 ,由荷兰 Delft大学最先研究开发 ,已有 20多年的历史 ,较之以前应用的 ARALL层板 ,芳纶增强铝合金层板有更好的双周疲劳性能 ,且成本较低 ,只是密度稍大一些。
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