分解空客A350的复合材料构件制造.pdf

分解空客A350 的复合材料构件制造 2014-03-10 二当家 碳纤维体验馆 A350 是迄今为止被认为复合材料用量占全机结构重量比例 最大的一种客机，其复合材料结构重量占全机结构重量52%， 超过了波音787 复合材料结构重量比例的50% 。由于复合材料 构件都比较大，质量要求更加严格，在设备上、工艺流程上也带 来了许多新的要求，本文即对该飞机的复合材料大型构件的制造 进行阐述。 机身的复合材料构件制造 A350 的机身如图1 所示，机头段（11~12 段）和机身前段 （13~14 段），联接后称为前机身；15 段为机身中段，又称中 机身；16~18 段为含压力框的整段，合称机身后段，其与桶形后 罩（19 段）联接后称为后机身。机身直径为5.89m，在A350-900 上，3 段分别长13m （13~14 段）、20m （15 段）和15m （16~18 段）。其中，机身中段（15 段）如图2 所示。 1 中机身[2] 中机身，由6 个复合材料板件、地板和隔框等构件构成。该 板件由Spirit AeroSystems 制造。ElectroImpact 公司为Spirit 公司设计制造了专用于A350 机身板件铺放的双头自动纤维铺放 机，该机不但可完成铺放，而且可执行切割动作，能够完全双向 铺倾斜且复杂的表面，进给速度达50.8m/min 。大型机身壁板铺 丝速度要求高，该机床通过新的设计实现了切割，优化进给、丝 束路径等的需要。 机床在殷纳钢阳模上铺Hexply M-21E 碳纤维/ Hexcel 增韧 环氧预浸料。所有的15 段壁板包含有整体的CFRP 桁条，该桁 条是采用悬臂类AFP 机床制造的二维夹层件（采用MTorres 桁 条铺设设备铺设）。桁条铺设后放在复合材料壁板槽内，在热压 罐（长为24.4m、宽为6.7m ）中进行共固化。 MTorres 公司还为Spirit 公司提供2 台高5m、长15m 的 Torresonic UT 柱形超声检测设备，该设备上装有Kuka Roboter GMBH(Ausburg 德国)的机器人装置，可同时检测机身壁板的内 外蒙皮。检测完成后，装上防雷击的外部铜网，与ESN （电结 构网络）连结，然后将复合材料壁板连接到机身框上。 大部分机身框为铝合金制造（1000 型部分隔框正考虑用新 工艺BRaF 编织结构制造复合材料隔框）。此外，舱门椽为钛合 金，框和椽使用自动设备连接。 2 前机身[2] 13~14 段由4 个复合材料板件加上地板构件、隔框等构成（图 3 ）。该复合材料板件由德国Nordenham 的premium Aerotec 空客公司生产。这4 个13m 长复合材料板件，其所用材料，技 术标准、工艺方法与15 段相同，只是尺寸不同。最大的是前机 身右侧板件，面积为93m2 。4 个板件和地板构件组合后进行超 声、修正、钻孔，完成机加工序后运到Saint-Nazaire 工厂，与 在法国Aerolie 制造并运到此处的机头部件（11~12 段）对合成 为前机身，图4 为机头部分（11~12 段）。 该机头在法国的空客Aerolia 工厂制造，Aerolia 为制造该机 头，建立了5 个制造区：1 个530m2 的铺层清洁间；一个7m×14m 的热压罐；一条表面处理生产线；超声检验区；装配区。 11 段是铝结构，12 段是复合材料结构，其铺设见图5 。 3 后机身[2-3] 机身16~18 段在德国的Ausburg 生产，也是4 个复合材料 板件组合，工艺流程基本和中机身一样。汉堡是空客A380 主要 部件的生产区，有强大的复合材料构件制造能力。在汉堡完成系 统件安装后也运到法国到图卢兹总装厂。 19 段在西班牙的Illescas 生产。 后机身段（16~18 段）与 后机身桶子段（19 段）对接成后机身。后机身桶子段和波音787 机身生产方法类似，在纤维铺放机上铺设。 后机身的压力框和地板构件均在德国的空客Aerotec 工厂生 产。压力框用CFRP 制造，其工艺方法VAP(Vacuum Assisted Process)是一种抽真空渗渍工艺。这是该公司发展并取得专利的 一项专用于制造压力框的技术，已在A380 、A400M 和波音787 中使用。其特点是将纤维布剪裁缝合或纤维丝编织成产品形状， 铺放在工装上进行密封，将外部的树脂熔化，真空抽入，开发了 一种专用的微孔薄膜，