飞机制造技术详细介绍

飞机制造技术国外飞机先进制造技术进展趋势北京航空制造工程争辩所争辩员刘善国和广泛应用的局面。进制造技术的进展方向。冷战完毕后，各国大量削减国防经费，军方难以承受高性能武器装备的昂扬选购费用，如F-221.6提出研制买得起的飞机——JSF联合攻击机〔每架约3?000万美元〕作为相应的补充。军机的研制生产也提出了高性能和全寿命周期低本钱的双重目标。革之中，传统技术不断精化，材料、构造加工、成形技术不断创，集成的整体构造和数字化制造技术构筑了一代飞机先进制造技术的主体框架制造技术进展的这一趋势，本文介绍几种主要制造技术。树脂基复合材料构件制造技术一代军机和民用运输机已普遍承受这种材料25％～4015％，其应用水平成为飞机先进性的一个重要标志。为满足飞机上扩大复合材料应用的需求，飞机制造商在不断地完善复合材料层压板真空袋-热压罐制造技术，并不断地开发高性能低本钱的复合材料制造技术，如：纤维缝合技术、树脂转移模塑成形技术〔RT、树脂膜渗透成形技术〔RFI、真空关心树脂渗透成形技术VAR、纤维铺放技术、电子束固化技术及膜片成形技术等。层压板真空袋－热压罐成形技术无损检测设备等实现了复合材料工艺参数的优化及工艺过程的仿真生产质量的稳定。缝合/〔RTM，RFI〕技术缝合技术：承受缝纫对增加织物叠层块〔预制件〔如长桁和蒙皮体构造预制件。以RTM，RFI为代表的LCM〔LiquidCompositeMolding〕2080年月消灭以来，国的先进复合材料技术争辩打算，即ACT〔AdvancedCompositesTechnology〕打算和先进轻量化构造打算，即ALAFS〔AdvancedLightweightStructureTechnologyProgram〕打算。这些打算的核心之一就是通过工艺/材料/设计的综合，实现复合材料构造的高减重和低本钱。ACT打算还是ALAFS打算，都把缝合/〔RTM，RFI〕技术作为一项关键技术进展重点争辩。另外还有一些Z向纤维增加的方法，如在预浸料叠层中插入单向碳纤维复F-22，JSF及干线飞机〔如A380〕的研制和生产中。真空关心渗透成形技术〔VARI〕该项技术是利用真空的吸附将低粘度液体树脂渗透到预制件的各个局部将大幅度降低复合材料构造的制造本钱。在船舶制造工业中，真空关心成形工艺显得特别重要。一块19.5m长、3m宽的潜艇壁板在45?min之内就可以成形完毕。在隐身舰船方面，大多承受真空关心成形工艺的泡沫夹芯构造作为舰船的壳体，如美国的DD21“Zumwalt”级隐身驱除舰、瑞典的“Visby”隐身轻巡Skjold”级隐身巡逻快艇。50％以上。美国波音公司早已立项，承受该项技术研制大型飞机机翼。纤维缠绕－铺放技术从70年月初，缠绕技术开头应用于飞机构造制造。随着缠绕技术的进展，为实现简单构型大中型零件机械化自动化制造的需求，80年月末期消灭了纤维缠绕铺放技术。该技术是在缠绕技术和铺放技术的根底上进展起来的。由于缠绕技术不能实现纵向(0°方向)的纤维缠绕及局部的增厚增加，而铺放技术可以实现0°方向的纤维铺放及局部的增厚增加，因此，缠绕铺放技术一消灭，马上在飞机构造中得到广泛应用。估量到2022年，将会有40～50台纤维缠绕铺放机分布在美国与欧洲飞机工厂构造件的制造，如“S”型进气道、平尾转轴梁、机身材件等。电子束固化技术电子束固化是一种消灭的制造技术与铺层工艺连续作业及在单一产品中能固化具有不同热固化循环的材料等技术的争辩受到各方面的关注。目前有一种将自动铺带与原位电子束固化结合起来的工艺技术，对于降低复合材料构造、特别是大型整体构造的本钱具有很大潜力。该项技术是由意大利人制造的〔美国专利525226格公司组成的争辩小组正在开发这种工艺用的树脂、预浸料以及电子枪技术。隐身构造制造技术速飞行气动环境，在现代战机上已广泛承受。同样，复合材料也适合制造雷达波吸取构造。一代隐身飞机〔如美国B-2，F-22，RAH-66〕都大量承受了复合材料隐身构造。碳纤维复合材料是目前高性能航空构造中应用最多的复合材料但在600MHz～18GHz雷达波范围内碳纤维复合材料对雷达波几乎全反射因此碳纤维复合材料不能直接用作复合材料吸波构造的外表透波材料通过外表处理可以改善碳纤维的吸波性能例如在碳纤维表面粘附SiC微小颗粒，外表涂覆SiC、热塑性树脂和吸波陶瓷等。纺纶纤维、碳化硅纤维和高强玻璃纤维具有较好的透波性能，这些纤维可用来制作复合材料夹层吸波构造的透波表面。F-22和RAH-66“科曼奇”隐身直升机都大量承受了S 2高强玻璃纤维，以满足吸波性能的要求。复合材料夹层吸波构造可使入射的雷达波以很小的反射率进入到吸波夹芯层，雷达波在吸波夹芯中被局部吸取其余雷达波经反射层反射后在吸波夹芯中被再次吸取吸波夹芯可以由多层组成，每一层具有不同的电磁参数，吸取不同波段的电磁波。复合材料与传感器结合还可以制成“灵活构造F-22上的天线有50个简单的外形构造，可用复合材料制成外形光顺的融合体构造〔如F-22中机身翼身融合体蒙皮壁板，到达隐身的目的。等。胶接构造制造技术造本钱和修理本钱低。胶接、蜂窝胶接构造及金属层板构造在大型飞机上的应用前途宽广。全金属胶接构造制造技术1946年承受全金属胶接技术制造了世界上第一架有铝合金胶接构造的鸽子〔Dove〕支线客机，随后在很多支线客机上得到推广应用〔如JF-340支线客机。1978年投产的BAe-1461986BAe-146120220h。美国生产的L-1011飞机的增压客舱全部承受了大型的胶接整体壁板，机身增压舱直径大局部为6m46m527块大型胶接壁板。全金属胶接技术在L101180757，767客机也都承受大量的钣金胶接构造。蜂窝夹层胶接构造技术金属蜂窝夹层胶接构造大量应用于飞机构造始于美国，美国研制的B-58轰炸机，蜂窝夹层8530％。通过70年月美国实施PABST的耐久胶接技术。80年月在F-16飞机胶接构造的生产中，为进一步提高产品的精度和产品合格率实施了“工艺现代化打算产效率，降低了生产本钱。金属复合层板胶接技术利用胶接技术将各向同性的铝合〔含铝锂合金薄板与各向异性的纤维复合材料结合起来，可以得到兼具二者优点、并抑制各自缺点的型构造材料——纤维铝合金复合层板胶接结构，基于芳纶纤维的复合层板称为ARALL构造，基于玻璃纤维的复合层板称为GLARE构造。金属复合层板有以下特点。·皮的厚度，因此可比同类铝合金构造重量轻23％～33％。·复合材料。·20～30年的飞机而言，具有优异的疲乏性能和很高的损伤容限特性的金属复合层板构造，可实现全寿命周期免维护目标，大大削减了修理费用。GLARE层板具有比ARALL层板更好的损伤容限和更宽的应用范围ARALL层板的芳纶纤维抗压性能差，在循环压应力作用下简洁断裂，因此，ARALL层板只能用做机翼下蒙皮，而不适合用做机身蒙皮。GLARE层板构造不存在这个问题。Airbus公司正在研制的A380〔550～660座GLARE制造机身上壁板，包括整个客舱的上半局部，比承受铝合金板减重800?kg。预示着复合层板在大型军、民用运输机上将有较好的应用前景。先进数控加工技术西方工业兴旺国家飞机制造业应用数控技术始于6050国家飞机制造业中数控技术进呈现状和应用水平主要表达在以下几个方面控化、广泛承受CAD/CAPP/CAM系统和DNC技术，到达数控加工高效率，建立了柔性生产线和进展了高速切削加工技术。根本实现了机加数控化30％～4050％～80波音公司在Auburn民机制造分部建立了铝、钛、钢构造件机加车间和机翼蒙皮与梁构造件362台，配置NC18050％。在90年月中后期，这些公司仍在进一步加强对机加设备进展技术改造和更，特别是多坐标高速数控铣床和加工中心。如波音公司在Wichita军机制造分部就配有法国ForestLine43m×3m×2m35坐标Minumac30TH件的英国航宇BA、原德国汉堡DASA公司、负责贝尔直升机构造件制造的Remele公司等都配有数量不等的法国ForestLine5坐标龙门铣床。其中Remele公司多达640k40000r/mi0.76mFischer机床头，主轴功率75kW，转速5000r/min,可加工尺寸很大的机翼壁板，切削效率很高。贝MarwinAutomaxIV双主轴520m×8m×9m24000r/min，进给速度20m/min。数控加工效率高兴旺国家飞机制造公司数控技术应用水平高。表现在：不仅数控设备利用率高〔一般达8％，主轴利用率高9％，且加工效率极高，加工周期短，劳动生产率是我国的20～4050kg/hC-17军用运输机起落架舱隔30kg/h。广泛应用先进的CAD/CAPP/CAM系统广泛应用CAD/CAPP/CAM/CAE自动化设计制造应用软件以及DFX艺手段先进，工艺精良，NC加工程序优质，缩短了工艺预备周期，提高了设备利用率和生产效率，大大缩短了零件生产周期。DNC技术广泛应用兴旺国家飞机制造公司大多数在70年月末80年月就已经广泛地应用了分布式数字把握技术DistributedNCDNC。波音公司在Wichita军机分部建立的一个DNC系统，大约连接130多台数控设备,包括加工中心、大型铣床、数控测量机。麦道、MBBextronDNC2万多家小型飞机零部件转包制造商，60％～80DNCDNC技术具有明显的经济和技术效益，通15％～20％。高速切削技术的应用高速加工〔HighSpeedMachining,HSM〕21世纪机加工艺中最重要的手段。高速60％～805～10倍，3～57030％，外表粗糙度Ramax8～10μm，工件温升低，热变形、热膨胀减小，适宜加工瘦长、简薄弱壁零件等。飞机大型简单整体构造件承受高速数控加工技术是近几年飞机机加技术进展的一种趋势此，2090年月中后期，飞机制造商添置了很多先进的多坐标高速数控铣和加工中心用于铝、钛、钢等材料的各种整体构造件加工。波音BertscheEngineering公司的高速加工中心，用于航空航天铝合金、复合材料零件的加工。对铝合金高速加工，切削速度可达2022～5000m/min，主轴转速达10000～40000r/min，加2～20m/min30～40kg/h。高速切削加工技术对机床、刀具、把握系统、编程等都提出了更高的要求。兴旺国家对高速加工的配套技术争辩和应用作为一个系统工程对待,解决得较好，并在不断完善。应用高自动化水平的制造系统兴旺国家飞机制造公司格外重视应用高自动化水平的制造系统，提高飞机研制生产力量，加强企业竞争力。7080年月先后建立了柔性制造系统〔FMS〕用于飞机构造件柔性加工，在机研制中发挥了重要作用。90年月中后期，由于高速切削机床技术的进展和进步来加工飞机整体构造件〔在汽车制造业领域也同样得到应用。如波音Wichita军机分部用高速加工单元组成的柔性加工生产线来加工飞机整体隔框零件。达索飞机公司在“阵风”号飞451000的机械手把握的工具库，只需配备一个操作者。西方兴旺国家不仅重视进展数控主体技术加工，而且实现了数字化设计D-〕和数字化制造D-。化铣技术的零件。如：协和飞机的进气口侧壁是用6?mm厚的铝合金以14次台阶化铣制成的整体构造；洛克希德C-5A10.4mm的钛合金板材热成形后化铣加工出６个台阶和４种不同的锥形；苏-27飞机承受了化铣技术加工钛合金中心翼下壁板；波音客机的一些蒙皮零件承受了多台阶化铣加工；F119发动机上的钛合金宽弦叶片在超塑集中连接之前承受化铣加工钛合金板材。80年月前美国、英国化铣工艺已经格外成熟，表现在以下几方面。争辩的材料齐全金、耐高温材料、锌、玻璃、陶瓷、铍等材料的化铣工艺。配套材料品种齐全，化铣设备齐全ADCOAT公司的AC系列保护胶、TURCO公司的保护胶、光刻胶KODAKTURCO有特地的公司进展争辩，并供给相关产品。各家航空公司都有相应的工艺标准波音公司BACDPS准。响比较大，同时标准单一，可选择余地小。周密钣金成形技术和难以成形。第三代飞机和大型飞机气动外形要求严、寿命要求长，钣金件不许敲击成形，大都承受周密成形技术。式数控抛丸设备。数控压弯机。对大型飞机的超大型壁板进展了应力松弛成形/校形技术，洛克威尔公司和美国空军联合开发这种技术，用于制造B-1B轰炸机的机翼上、下壁板，长50mm9mm，厚度从0.1mm变到2.5mm，带有突变和筋条，据称是世界上用该技术成形的最大壁板。并且通过试验和数值分析方法，把握了预弯量的把握技术。成形后的性能争辩；特别留意成形过程的准确监测、把握技术和在线检测技术的争辩。随着铝锂合金用量大幅度增加，进展了铝锂合金厚板成形技术。在成形设备方面，除扩大规格外，弯管、旋压、滚弯、拉形、橡皮囊液压成形、喷丸及压弯设备等均已普遍实现计算机把握，并实现了位移、载荷把握的周密化。超塑成形/集中连接技术〔SPF/DB〕60年月，当时IBMZn22Al合金材料以两种方式〔钣金成形和体积成形〕19654月申请了有关超塑成形的专利。70年月铝合金和钛合金方面的超塑成形争辩取得了突破，在美国空军资助下，推出了有洛4家大公司参与的BLATS打算，即“组合式、低本钱、先进钛合金”打算，钛合金SPF，SPF/DB技术是其中的重点争辩工程,争辩工程的各种构造验证件在多机种上试飞,通过验证并进入了批生产。SPF，SPF/DB构件研制中的构造形式从单层SPF构件到SPF/DB双层板、三层板、四层板等，层数越来越多，构件尺寸越来越大，外形越来越简单。美国有很多公司具有生产SPF，SPF/DBLTVAerospaceandDefenseco.，OntariaTechnologiescorp.，Rockwellinternational，RohrIndustries以及波音公司、普惠公司等。生产的产品有：CF6-80发动机上的导流叶片；F-15飞机上有SPF/DB70余件；F-1820SPF/DB构造件；JSF飞机的后缘襟翼和副翼；F-22战斗机也承受SPF/DB/SPF/DB构造10％～3025％～40％。SPF，SPF/DB作为一种高性能整体构造低本钱先进制造技术在其他兴旺国家也倍受重视，。法国的超塑公司有：Snecma，Dassauit，ACB公司生产SPF设备并制造SPF，SPF/DB构件，达索公司也具有SPF，SPF/DB1990年开头争辩SPF/DBMBBSPF方法生产卫星上的推动剂箱体。BAE英国宇航公司生产多种航空SPF/DBA320A310机前缘缝翼收放机构90年月欧洲战斗机EFA上也承受了SPF，SPF/DB构造件。美国和欧洲国家的超塑成形/集中连接专用设备承受了计算机把握或机械手工作，自动化把握程度高。还有很多其他国家对超塑成形/集中连接具有相当高的技术争辩和开发力量，如日本。当前SPF/DB兴旺的国家正在深入地开展铝锂合金、陶瓷材料、高温复合材料、金属间化合物及纤维增加金属基复合材料等的SPF，SPF/DB争辩。先进焊接技术小的焊接变形等特点而渐渐成为飞机某些重要构件焊接的主要方法方法无法焊接的高强铝合金焊接，将会给飞机铝合金构造件(如壁板、蒙皮、梁、桁等)的加较普遍的应用，焊接技术已成为先进飞机研制不行缺少的支撑技术。俄罗斯飞机制造中的焊接技术技术的进展(根底争辩)70年月初研制出的苏-27飞机极具代表性，焊接技术的应用几乎普及全机，除了常规的TIG焊用于飞机导管、某些铝合金构件，点焊用于蒙皮、组合梁、框、长桁等零件的高强铝合金构件焊接外，并广泛承受焊接技术，如电子束焊、穿透焊、双弧焊、高频感应组装钎焊、潜弧焊等，焊接部件达800多个，零件达数千件。随着焊接技术的进展，图波列夫设计局承受了电子束焊接长寿命钛合金整体壁板，米格-29承受焊接铝锂合金整体油箱等构造。欧、美国家现代飞机制造中焊接技术的应用命角度动身，焊接一般用于次承力构造中。近年来，随着现代飞机构造中钛合金用量增加；钛合金主承力构件有可能成为飞机制造的第三个里程碑扩大焊接工艺在飞机中的应用国外围围着下述几个方面还在连续开展应用争辩工作。·方法，提高焊接件的强度并改善其疲乏性能。·焊接速度和焊接质量，降低焊接构造的本钱。·改善检测技术：争辩更适合于简单焊接接头的无损检测方法，拓宽焊接技术的应用。先进机械连接技术自动连接技术故的7080％的疲乏裂纹发生于连接孔处，因此连接质量极大8000，50000装配设备实现稳定的高质量的连接。兴旺国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆机的配置向由多台数控自动钻铆机标测量机等多种设备、不同配置组成的的柔性自动装配系统进展。自动钻铆系统：美国、前苏联、法国、德国等国家进展的系列化钻铆机，有中小型钻铆机、大型自动钻铆机、安装特种紧固件的钻铆机和微型自动钻铆机。自动钻铆机托架系统：自动钻铆机与托架系统相配套，能提高效率。对较大尺寸构造的自动定位和调平，而对于外形较平直的中小构造的壁板大多配置手动、半自动托架系统。手-机器人作为柔性装配系统中一个不行分割的局部，能有效提高装配效率和装配质量，降低装配本钱。在F-16，F/A-18，C-130等飞机装配中机器人工作单元主要用于装配系统中工件的输送、定位、制孔和装配。柔性自动钻铆、装配系统使生产效率大大提高，如B767，B777承受翼梁自动装配系统，提149050％。电磁铆接装置磁铆接动力头的自动铆接设备由于不配备液压系统及用于承受铆接后座力的弓形架接工作台及A320生产线配置有E4000E5000翼梁装配系统和C-17“环球霸王”〔Globemaster〕机翼梁装配的第四代自动扮装配系统，占地面积很小，但都具有很高的柔性度，有一对垂直磁轭装配机跨越CNC把握的柔性梁安装型架。另外，该装配机上还配有自动钻孔、紧固件定位、安装和铆接。先进制孔技术把握孔中心。3～5F-16战斗机的垂尾石墨/环氧复合材料蒙皮承受周密数控加工中心制孔：以F-22为代表的第四代战斗机部件装配承受快速装配技术，其构造制孔。先进连接件一架飞机所用连接件少则几十万件，多则几百万件。从减重、防腐、抗疲乏、密封、安装等90％，Ti-6Al-4V紧固件占钛合金紧固件的大多数。世界各国围围着Ti-6Al-4V材料研制、生产出多种系列的钛紧固件产品。20年中，美国研制、生产的金属构造使用的紧固件主要有高强紧固件、钛紧固件、防〔钛铌实心铆钉、钛铌空尾铆钉、双金属铆钉〕系列产品，轻型钛高锁螺栓，钛环槽钉及干预钛环槽钉系统，钛合金单面螺纹抽钉、干预抽钉、特大夹层〔3.5mm〕抽钉系统，用于蜂窝构造的可调预载紧固件系统，复合材料紧固件系统。很多品种已经系列化、商品化。长寿命连接技术外表质量、连接协作的干预量和胀紧力实现的精度等。自动进给钻、自动钻铆机、机器人、激光导引的钻床、周密加工中心制孔，保证了制孔精度和实现了光滑制孔。自动扮装配系统保证连接协作所需的干预量和胀紧力的精度，实现长寿命连接。无外形卡板型架装配技术〔或电子径纬测量仪〕无损检测技术无损检测为产品供给内部质量信息西方国家格外重视无损检测技术争辩，并开发了很多先进的无损检测设备。超声检测技术〔如被检测材料或构造部存在的缺陷处，声波会转变原来的传播规律，如产生折射、反射、散射或猛烈衰减等，通过分析这些规律的变化，就可以建立缺陷同被检测物理量与声波的幅度、相位、频率特性、出复合材料构造中的分层、脱粘、气孔、裂缝、冲击损伤和焊接构造中的未焊透、夹杂、裂纹、气孔等缺陷，缺陷定性定量准确。超声检测通常利用压电传感器产生和接收超声波。国外大多数飞机制造厂在生产中都承受了先进的多坐标数控扫描自动成像超声无损检测设备进展产品检测。射线检测构造内部密度均匀性有关，射线检测基于这种原理来检测零件内部的缺陷。X射线检测的记录介质，当被测复合材料构造在X射线透射方向存在可检缺陷的射线强度变化通过感光屏、图像增加仪和利用计算机技术实现关心成像显示。国外大型飞机制造厂家都有大型多坐标的射线检测成像设备用于产品的检测些国家还开发了便携式射线检测设备，用于外场检测。激光超声技术目前主要可分为两大类利用光学方法接收激光束在被检测材料中产生的超声信号〔2〕美、俄、法、加拿大等国家已用于复合材料、胶接构造和焊接构造的室内外无损检测。这一21世纪的无损检测技术。数字化设计制造和治理技术量传递路线长，误差大，生产预备周期长，使用保管不便利，更改费时费工，本钱高，弊端成数字样机。数字样机作为制造依据，根本上实现了准确设计，极大限度削减了工程更改，数据，因此在产品设计同时，可进展CAE分析计算、工装设计、工艺设计、可制造性分析，制造技术发生了革命性的变化。目前国际上全面应用飞机数字化设计制造技术并取得巨大效益的企业为数并不多德、波音、达索