2007年国外航空制造技术综述

1、2007年国外航空制造技术综述2007年航空工业军机生产进入稳定发展阶段，随着具有代表性 的F-22、F-35、A400M飞机进入小批量生产和试飞阶段，其制造技 术的创新集中在进入批量生产前的提高生产率、降低成本且缩短周期 上。而随着民机工业的兴起，尤其是波音公司和空中客车公司相继推 出的新项目B787和A350飞机的竞争，使民机制造技术发展进入了 新阶段。不仅复合材料在民机应用中得到巨大提升，而且相关的新材料新技术也不断涌现，尤其是在项目全寿命周期内数字化技术的应用 和总装生产线的改造集中反映了航空制造技术的最新发展。此外，对于航空传统技术的基础性研究一如继往地进行着，成形、检测、表面 工程

2、等技术获得进一步开发，不仅提高了生产率、改善了环境适应性， 而且解决了越来越复杂的结构件制造问题，从而为这些技术在航空工 业的扩大应用开辟了广泛的前景。1. 激光辅助加工技术将降低发动机零件制造成本西维吉尼亚高技术联盟公司和 NASA联合投资，由Aurora飞行科学公司(Aurora Flight Sciences )实施的激光加工轻量碳化硅陶瓷基复合材料(CMC)项目正在进行当中。CMC主要用于火箭及涡轮发动机的高温结构件，代替镍、铬和 钛合金，能够减重 50%。 Aurora 公司称，在项目中将开发一种技术 极大减少 CMC 零件精加工的时间。该工艺方法是：在使用先进的刀 具去除零件之前，

3、激光器将零件表面加热到 540oC (1,000oF) ，使脆 性的 CMC 材料刚好软化。这种工艺可以制造用目前磨削工艺无法生 产的几何形状更为复杂的零件。这项工作将在 Aurora 公司位于西维 吉尼亚的工厂进行。该项目还将受到堪那斯州立大学以及发动机制造商 GE 航空公司 的援助。 Aurora 公司将制造火箭及涡轮发动机上的典型 CMC 零件， 并对其进行试验，以确定激光辅助加工的效果。2. GKN 航宇公司交付 A400M 第一个全复合材料机翼大梁GKN 航宇公司是航宇市场中供应复合材料结构件的独立供应 商，它拥有先进的复合材料工厂( ACF )是目前世界上研究和生产最 先进复合材料

4、结构件的工厂之一。它在年初交付了第一个 A400M 军 用运输机的全复合材料机翼大梁。 该零件长20m,是大型军用运输机 机翼第一次将碳纤维复合材料应用于主要承力构件。 A400M 机翼有 两个前梁和两个后梁， 每根梁分为两部分， 采用创新的连接方法使重 量达到最小。在制造过程中采用了最新的自动铺带技术，创新的"双隔板成形 "工艺以及高精度的加工机床，使梁的容差达到 0.25mm。3. 熔模铸造用于更复杂的飞控零件Alcoa 公司的 Howmet Products公司以及 Services Ti-Cast工厂制 造了飞行控制装置上的一种包括了空心的蜿蜒通道、 紧凑且不对称多

5、 种形式结构的熔模铸件， 该零件是迄今为止制造的最复杂的熔模铸造 零件。该零件选用了钛合金并且采用熔模铸造工艺使飞行控制结构零 件轻重量和高强度完美结合， 而且实现了经济可承受性。 原来这个零 件采用实体坯料应用多种加工方法才能完成，不仅耗时而且成本高。4. 波音公司数字化技术应用进入新的阶段波音 787项目是第一次在如此大尺寸且复杂的项目上应用 3D 模 型与仿真技术，而且从项目的一开始到生产再到产品保障都采用了该 技术。波音公司在达索系统公司提供的虚拟设计（ CATIA ）和协同技 术（ ENOVIA ）基础上，又应用了达索系统公司提供的 DELMIA 软 件包，与它的合作伙伴建立了制造工

6、艺仿真环境， 从而在真正实施制 造计划前可进行仿真和确定完善的 787 制造工艺。波音公司采用准确的 3D 零件和装配工装模型确定的生产计划和 生产线布局极大减少了 787项目中的返工现象。 这种数字化制造环境 生成了在 787 设计与制造工程之间的通信 "环馈"，从而避免了由于设 计变化造成的高昂的返工成本。 可以说，787的数字化程度相比于 777 项目中的数字化样机更进一步， 代表了世界航空航天工业数字化技术 的发展方向。5. 非铬水溶涂层保护铝合金表面由空军实验室、波音鬼怪工作组和航空系统中心的老龄化飞机系 统中队（ASC/AASS）共同合作开发了铝合金飞机表面及结

7、构新型涂 层处理方法。这种涂层被称为 AC-131BB ，是由烷氧基锆和硅烷组成 的一种稀释了的水溶剂。 这种涂层已经在铝合金试验板上成功经过了 1000 小时的盐雾试验，这一试验还将继续以确定它的极限。同时， 空军实验室的人员还进行了粘结试验以及丝状腐蚀试验， 结果显示所 有试验铝板满足性能要求。 项目的最终目标还将评估 AC-131BB 涂层 的性能、对飞行试验和实验室的数据进行比较并优化涂层应用方法。6.787 飞机大型复合材料整体机身开辟了复合材料在飞机机身 上应用的先河复合材料在飞机机翼上的应用已经成为民用先进飞机制造的标 志性技术，但是在机身上的应用使 787 飞机成为复合材料应用

8、的先 驱。787飞机中大约有一半材料是碳纤维增强型复合材料，一改过去 民用飞机结构以铝合金钣金件和紧固件为主的局面。机身制造商 -沃特公司，采用了最新的高技术装备，即计算机控 制复合材料铺带机生产桶形机身。 当铺带时大型模具可旋转。 铺放完 成后进行高压固化，形成高韧、可靠和高强度的整体结构。公司采用 的热压罐长23.16m,直径9.1m，是世界上体积最大的热压罐。它能 容纳超过 900万个网球和 3700 万个乒乓球。沃特飞机工业公司是波 音 787项目的合作伙伴, 它的 787 生产厂位于南卡罗莱纳州的查尔斯 顿。它将交付的内容包括后机身 47号部件，直径5.79m,长7m; 48 号部件

9、，直径4.27m，长4.57m。两部件占787整个机身结构的23%。沃特飞机工业公司 787 分部副总裁说, 自从去年在南卡罗莱纳州 开始生产以来, 公司已经生产了 5 个生产型后机身部件和一个发展型 部件,项目进展一直很好。 所有整体桶形机身部件已经成功完成了无 损检测。无损检测工艺利用高频超声波扫描蒙皮中的不完整性和孔 隙。公司做了大量试验来验证全复合材料的制造工艺和结构完整性。7.波音 787复合材料零件设备及工装在飞机上大量应用碳纤维环氧复合材料能够减少重量,节省燃 油,从而增大航程。但在 B787 之前,波音公司没有大批量应用热固 性复合材料的生产经验。 为此,传统机床制造商提供了重

10、要的解决方 案,如辛辛那提机床公司供应了新型的自动铺带和丝束铺放系统解决 了 787 复合材料的生产问题。 这种高速精密的铺放设备有助于加速工 作流程、缩短制造时间并减少成本。 最新的设备还能够利用专用软件 程序将来自 CAD 以及层压板的数据转换从而自动铺放复杂几何形状 的零件。该软件还可以进行零件加工编程和模拟， 包括碰撞干涉模拟。由于飞机复合材料零件尺寸较大， 加之技术进步， 使其工装也成 为较大问题。以前复合材料工装主要提供给造船业， 并不是批量生产。 大型复合材料模具材料一般采用铁镍合金（殷钢） ，但是不符合波音 公司几年来提出的精益制造系统目标（可能是成本太高的原因） 。因 此&q

11、uot;软"模是另外一种主要选择方案。这种模具也是复合材料制造的， 但是由于在 B-2 轰炸机项目中出现问题，所以声誉受到影响。有关 B787工装技术在波音公司严格保密，但是由Janicki工业公司泄露了一些。Janicki工业公司为B787制造了复合材料模具，除了一个出现 问题外，其它都取得成功。据报导， B787 年碳纤维增强的复合材料 机身于 2006年 6月曾报废一个，引起各方关注。该报废的机身部件 直径为6.10m,长10.06m,是已经制造的第九个原型部件。 该机身部 件使用一个类似鼓形的芯轴， 芯轴的形状是按照机体内部形状精确设 计的,机体外形是采用计算机辅助机器人进行

12、碳纤维带铺层保证的, 然后整体模具放到热压罐中进行固化。 固化完成后芯轴去除。 芯轴的 创新设计目前是一个秘密,据称 B787 飞机中 9 个机身筒体中的 5 个 采用的是复合材料芯轴。其中出故障的芯轴就是由 Janicki 工业公司 制造的。可以说B787创新的不仅仅是材料，更重要的是如何制造工 装。如为制造工装Janicki工业公司特别定制了三台5坐标CNC铣床，尺寸为 26.8 >5.79 込44m(88 X19 X8 英尺)，精度为 ±).076mm (±)03英寸)。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verWsi w