|
（5.5×3.7米）机身壁板展示样件 机身外侧视图 内侧视图 纵向长桁特写 Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威奇托市）早在在2019年巴黎航展期间就首次推出了为下一代单通道机身生产而设计的新型复合材料制造技术。该技术的演示样件是5.5×3.7米机身壁板，该壁板曾被称为革命性的先进结构技术，其特点是纵向件与壁板整体成型，与现有机身组件相比，成本可节约30%。 从成本角度考虑，该演示样件采用的是热压固化预浸料。为了降低模具成本，Spirit AeroSystems采用了组合式模型，即模具表面与模具支撑结构可分离。支撑结构选择成本较低的金属结构，模具面板采用双马来酰亚胺（BMI）面板。 补充说明： 复合材料制造中的模具包含金属模具和复合材料模具。金属模具中，C-20钢和铝比较便宜，热变形问题较严重。殷钢的热膨胀系数非常接近碳纤维复合材料的热膨胀系数。因此，对制造公差要求极其严格的零件，殷钢一直是首选模具材料，但同时也是最昂贵的模具材料，尤其是用于大型零件制造，模具的巨大尺寸和重量都使其难以操作。 复合材料模具优点是热膨胀系数与产品更匹配，固化变形小，有助于保持零件的尺寸精度，且成本低，缺点是易磨损，可重复使用次数少。 该机身壁板最具创新性的方面在于将蒙皮和纵梁一体化集成设计，对传统复合材料机身蒙皮/纵梁结构偏差较大。对于787和A350飞机，先是将机身纵梁/长桁单独铺放，并嵌入机身蒙皮模具的固定插槽中。然后，通过自动纤维铺设对纵向件进行包覆，以形成蒙皮+长桁的整体壁板，最后整个结构在热压罐中共同固化。 A350飞机设计中，机身在壁板段完成制造，但787飞机机身采用桶段整体制造，如下图所示。 A350飞机的复合材料机身壁板及帽型长桁
787飞机的复合材料机身壁板 上述传统复合材料机身壁板虽然每个桁条都与蒙皮共同固化，但都是一个个离散的部件，桁条之间具有不连续性，通常需要在机身蒙皮的内表面贴上几毫米厚的碳纤维复合材料层压板，以填充每个桁条之间的间隙，从而提供桁条到桁条的连续性。此外，在桁条末端也存在不连续性，需要使用紧固件来连接。 Spirit AeroSystems的设计绕过了这种构型，采用“sheet stringer”技术，纵向长桁由碳纤维预浸板制成，先将预浸板放在机身开槽模具表面。然后，使用真空成型，将预浸板拉入桁条通道，形成波纹型纵向面板。然后再采用传统工艺对机身蒙皮进行铺放，最后放入热压罐固化，这样制成的复合材料机身内表面具有连续性。 pirit AeroSystems开展了一系列测试评估，包括抗冲击性、强度、疲劳、环境冲击、雷击、FST（火焰、烟雾、毒性）和损伤容限等，目前，该机身结构已通过了所有的结构测试。 参考文献：Spirit AeroSystems debuts next-generation composite fuselage panel, https://www./news/spirit-aerosystems-debuts-next-generation-composite-fuselage-panel. |
|
|
来自： 复合材料力学 > 《复合材料前沿技术》
s
