先進復合材料結構飛機機械連接技術現狀及發展方向

李天藝

摘要：采用先進復合材料生產飛機結構構件，會形成一定的工藝分離面和設計面，產生連接件，需要采用飛機機械連接技術來進行連接。本文對先進復合材料結構飛機機械連接技術的現狀進行分析，并分析了其未來的發展方向，旨在與同行進行交流。

關鍵詞：復合材料結構；飛機機械連接技術；發展方向

復合材料的各向異性、脆性及其非均質性使復合材料連接的失效更為復雜，其損傷擴展特點及其斷裂性能等都與金屬材料有很大的差別；其次.復合材料結構飛機設計依賴大量的試驗及設計人員的經驗；加之復合材料制孔困難，且纖維被切斷，導致孔邊應力分布較復雜，應力集中程度高，導致強度嚴重下降。因此，相對金屬件的連接，復合材料的連接是結構的薄弱環節，結構破壞的60%-80%發生在連接處。如A380碳纖維復合材料（CFRP）中央冀盒翼根的連接曾是面臨的主要問題。因此，先進復合材料結構的連接技術對飛機結構安全和效率有著至關重要的作用，這對傳統飛機結構機械連接技術在連接件種類、安裝工具及設備等方面提出了新的挑戰及更高的要求，已成為研究的重點。

1國內飛機復合材料結構連接技術現狀

1.1連接件種類、規格、設備能力有限

與我國正在研制的大飛機項目所需標準件相比，我國生產的可用于復合材料結構飛機連接的高質量、高可靠性標準件種類、規格有限，設備能力有限，性能有待于進一步提高。在國際航空業飛速發展的形勢下，國內及需開發新材料、研制新型緊固件、擴大生產能力，來滿足國內先進復合材料結構飛機的連接需求。

1.2工藝落后、機械化、自動化程度不高

國內在復合材料結構連接方面已采用自動鉆鉚和電磁鉚接技術，但應用還不普遍，柔性裝配技術受到廣泛關注.已有相當數量的研究項目正在實施，有望在不久的將來得到推廣和應用。國內復合材料結構飛機連接以手工作業為主，自動化半自動化裝配作業為輔，除個別主機廠配有自動鉆鉚機，但仍在小范圍應用之中，局限于開敞度較高的壁板結構中，如西飛、成飛、北京航空制造工程研究所等。

為提高工作效率，減少操作人數和工作量。國內已重視采用先進的裝配連接技術，加大在自動鉆鉚技術和設備方面的研制，并取得了一定的成果。中航工業西飛全自動數控托架系統的研制成功及相關數據處理技術，在ARJ21機翼壁板鉚接中順利實施，填補了國內航空工業大型壁板自動鉚接技術的空白，為自動鉆鉚設備鉚接復合材料壁板奠定了基礎。

國內由沈陽機床、北航、沈飛聯合研制的多功能制孔執行器順利實施，為發展機器人裝配制孔技術奠定了基礎。國內機器人復合材料自動鉆鉚技術剛剛起步，由北京機器人研究所和北京航空制造工程研究所聯合研制的機器人復合材料自動鉆鉚系統尚處于開發階段，離推廣應用還有很大距離。國外電磁鉚接技術應用已比較成熟，國內僅有西工大、北京航空制造工程研究所、成飛等單位在電磁鉚接設備和鉚接工藝等方面進行了一定研究，但還未進入工程化應用。

2先進復合材料結構飛機機械連接技術發展方向

2.1 研究新的復合材料結構連接技術

和國外發達國家相比，我國的先進復合材料結構飛機機械連接技術還比較落后，技術手段的自動化程度和智能化程度不夠，導致連接效率低下，連接質量有待提高。在未來的發展過程中，會研究新的復合材料結構連接技術，從實際的復合材料結構的特點出發，同時結合連接技術對材料的要求，不斷借鑒和引進國外的先進技術，并在此基礎上針對相關的技術以及設備的特性，加強設備和相關技術的國產化研究。在未來的復合材料結構連接技術中，將會充分利用現代技術，包括自動化裝配技術、數字化定位技術、集成技術、自動鉆鉚技術、電磁鉚接設備、自動化柔性技術的應用，不斷促進我國復合材料結構連接技術的自動化發展和智能化發展，提高飛機構件的疲勞強度，同時還能夠減少人力資源的利用，縮短生產周期，提升我國的制造裝備水平。

2.2加強高質量和高性能的先進復合材料連接件的研究

在未來的發展過程中，我國在飛機機械連接技術領域，還會加強對高質量和高性能先進復合材料連接件的研究。在經濟不斷發展的背景下，航空運輸市場對航空運輸的要求更高，未來滿足這種更高的要求，我國政府加強了對飛機項目的重視，在飛機上廣泛分布各種緊固件。飛機機體的結構采用的復合材料比例在增加，已經達到了 15%。為了避免飛機在總裝時出現緊固件短缺而對整個項目的進度造成影響，在未來的研究中，將會加強對高質量和高性能的先進復合材料研究，做好復合材料連接件的國產化規劃，充分借鑒國外的先進產品，并在此基礎上進行改進和創新，研制出適應我國飛機使用的新型高端的緊固件。

總之，現代飛機結構復合材料化已是大勢所趨，在機遇與挑戰面前，國內應看好前景，重視差距，準確定位，正確把握先進復合材料飛機結構連接技術的應用需求和發展方向，著力自主創新，從體制、設備、工藝、人員等方面作好準備努力提高水平，促進我國飛機復合材料結構連接技術逐步趕上國際先進水平。我國目前在連接技術方向存在的缺陷，借鑒國外相關成功經驗和技術，加強對新的復合材料結構連接技術的研究，不斷提升我國連接技術的智能化和自動化水平，同時加強高質量和高性能的先進復合材料連接件的研究，生產出新型高端的結構構件。

參考文獻：

[1]PATRAN中復合材料結構應變讀取方式研究[J].金暉.科技視界.2017（06）

[2]智能復合材料結構在未來飛機上的應用[J].陶寶祺，梁大開，王征，袁慎芳.航空學報.1992（12）

[3]面向大型復合材料結構的高效超聲自動掃描成像檢測技術[J]. 劉松平，郭恩明，劉菲菲，李樂剛，白金鵬，曹正華，謝富原，孟秋杰.航空制造技術.2012（18）

[4]新機研制中的復合材料結構裝配關鍵技術[J].曹增強.航空制造技術.2009（15）

[5]新一代大型客機復合材料結構[J].楊乃賓.航空學報.2008（03）

[6]航空用縫編復合材料結構[J].陳言.航空維修與工程.2006（02）

[7]復合材料結構腐蝕分析及對策[J].陸榕海，余飛，趙斌.航空維修與工程.2006（02）

[8]復合材料結構的修理[J].大衛.L.布魯爾.航空工程與維修.2002（03）

[9]復合材料結構的動力屈曲研究進展[J].唐文，陳鐵云，王德禹.力學與實踐.1997（01）

[10]復合材料結構開孔分析 第一部分：板類開孔問題[J].吳德隆.導彈與航天運載技術.1994（03）endprint