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时间:2020-06-06 10:04来源:航空制造网 作者:中国航空
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  MC-21是近年来俄罗斯设计的一款新型客机,俄罗斯航空制造业希望能借此飞机与波音-737和空客A-320客机争夺民用航空市场。

 

  MC-21最大的创新点在于其被称为“黑”翼的复合材料机翼,这副机翼对于实现该机“高效、低阻、高升力”的先进性能至关重要。为了制造出全新的“黑”翼,俄罗斯成立了“航空复材公司”。该公司为“黑”翼开发出了全新的真空灌注VARTM工艺(Vacuuminfusion VARTM),使MC-21机翼的中央翼盒、翼梁、蒙皮和纵梁等采用复合材料制造成为可能,也使该机的总体复材使用占比达到了40%。以下来具体分析一下该项技术特点。

  一、MC-21飞机首次采用VARTM技术制造飞机上的大型复合材料承力结构件

  1.1  复合材料热压罐工艺与非热压罐工艺

  众所周知,复合材料以其高强度、高刚性、耐热性、以及对温度变化不敏感和长寿命等优点正在大规模的用于飞机制造、兵器、舰船以及民用行业。目前在飞机制造业中复合材料构件的主流制造方法是热压罐成形,该方法需要预浸胶碳布,获得半成品之后再在热压罐中成形零件。目前民用客机中波音B787和空客A350XWB全复合材料机翼均采用该工艺成形。这种方法的最大不足之处在于设备成本高、成形时间长、半成品的存放时间短等。比如预浸料的存放按照标准低温下-19℃--17℃的存放时间是12个月,20±2℃下是20天,生产车间的存放时间就只有10天。

  另外一种方法是非热压罐成形工艺,这种方法的实质在于侵胶和成形同时进行,可缩短生产时间、减低能源消耗以及生产劳动量,所以这项工艺成本要低一些。真空树脂灌注VARTM(Vacuum infusion VARTM)属于其中的一种。此项技术中树脂在真空压力下注射到干丝中成形,因此可极大减少结构件的生产前准备工作,使用简易工装降低成本。不过这项工艺的主要缺点在于加工过程不能重复进行。

  2006年以前,美国航空制造业并不建议使用VARTM技术制造飞机上的一些关键零件。不过在这之后VARTM技术也在不断改进,在此基础上又发展出了一些新技术。如德国公司PremiumAerotec采用真空辅助成型(VAP)制造波音787的压力隔框;波音Aerostructures公司使用压力可控树脂渗透成型技术(CAPRI)生产垂直安定面、机翼、尾翼、副翼、襟翼等;加拿大的庞巴迪公司使用液体树脂灌注成形技术(LRI)制造C系列飞机的机翼;英国GKN公司2016年展示的复合材料中央翼采用了VARTM技术。

  1.2  MC-21复合材料“黑”翼的制造过程

  一般来说,窄体飞机的机翼和尾翼占飞机总重量的45%。因此,MC-21飞机在设计之初就确定要使用复合材料,降低结构重量以及生产劳动量,争取在世界航空市场上拥有一席之地。俄罗斯“复材公司”避开主流的热压罐技术,而选择非热压罐的VARTM技术,不仅仅是看中了VARTM技术的低成本,还有VARTM技术的整体集成功能。

  MC-21在复合材料工艺上采取了国际合作生产模式。公司首先与奥地利的钻石公司和FISCHER先进复合材料公司合作,制造了40米长的翼盒,进行了翼盒与中央翼的连接试验,通过了俄罗斯中央空气动力研究所的强度试验。试验数据证实了设计参数能保证飞行安全以及大型一体化结构能降低装配劳动力、减少零件以及铆钉的数量等。

  另外,在材料和设备上也是选择了国际上技术最先进的公司合作。如Hexcel公司的碳纤维、Coriolis复材公司的机器人自动铺丝头、西班牙MTorres公司的龙门式铺丝设备以及法国Stevik公司的TIAC灌注中心等。


Coriolis复材公司的干碳纤维机器人铺丝头 


MTorres公司的干碳纤维龙门式自动铺丝机

  
 
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