從專利角度分析飛機蒙皮拉伸成形技術的發展

唐肇蔚

摘要：蒙皮零件是構成飛機氣動外形的關鍵零件，拉伸成形技術是飛機蒙皮的重要成形技術之一，近幾十年來該技術得到迅猛發展。本文對飛機蒙皮拉伸成形技術的專利申請進行分析，從國內、國外的專利申請量、申請人的分布等多方面統計分析。

關鍵詞：飛機蒙皮;拉伸成形技術;

1 概述

蒙皮是構成飛機氣動外形的關鍵零件，具有尺寸大，品種多，外形復雜，生產批量小等特點，其成形精度影響著飛機的速度等與氣動外形相關的性能。近年來，國內新一代大型客機的研制，對蒙皮零件的成形精度和表面質量等提出了更高的要求。此外，隨著國內外對公務機等項目需求的不斷增加，正推動著蒙皮生產產能不斷增加。常用的飛機蒙皮成形技術主要有以下幾種：拉伸成形技術、柔性多點夾持切邊技術、鏡像銑削技術和蠕變時效成形技術。其中，采用蒙皮拉伸方法加工的飛機蒙皮零件部位包括機身，前緣，機翼，短艙，整流罩，機身尾部。

傳統蒙皮拉伸通常為拉包成形，首先是拉伸機鉗口夾持板料進行預拉伸，載荷能夠保證板料剛好進入塑性狀態，隨后保持板料與模具相切，通過鉗口施加載荷，工作臺上升，拉形模具抬升，鉗口隨板料成形過程轉動，保持板料與模具表面相切，板料逐步貼合模具，最終成形。近年來的新興技術柔性多點模具進行蒙皮拉伸成形與傳統蒙皮拉伸成形過程基本一致;主要區別在于：柔性多點模具調形后的包絡面與零件理論內型面并不一致、柔性多點模具表面需要覆蓋彈性墊層，以預防離散沖頭在蒙皮零件表面產生壓痕、以及柔性多點模具具有圍板結構，使零件毛坯尺寸可能略大于傳統固定模具蒙皮拉形的零件。

2蒙皮拉伸成形中國專利申請狀況分析

2.1 中國專利申請概況

圖1顯示了蒙皮拉伸成形在中國的專利申請量趨勢。從圖中可以看出，蒙皮拉伸成形在中國的發展，最早的專利出現于2006年，專利發明了一種用于多點成形設備的復合柔性墊層（CN1994611A），申請人為北京航空航天大學，其是應用于蒙皮的多點柔性拉伸成形模具上，可見中國的蒙皮拉形技術起步較晚，但是起點較高，但是該專利發明屬于模具的一個基本部件，非整體模具。之后隨著航空航天技術的快速發展，與之緊密相關的蒙皮拉伸成形技術專利得到井噴式的發展，每年的專利均高速增長，該項技術在這個階段被廣泛關注，技術的成熟度極大的提升。專利涉及的技術也更加具體和細化，大多是對本公司現有技術的改進和補充。從國內蒙皮拉伸成形技術的申請趨勢可以看出，在我國該項技術仍處于快速發展階段，技術的廣度已經得到大幅度提升，但細分領域，包括精密度，操作易用性和穩定性，都正在快速提升。

2.2中國專利申請情況具體分析

中國申請人類型和所占比例見圖2。從圖中可以看出，企業申請人所占比例最高，超過50%，其次是大專院校，再次是個人，最后是科研單位。上述數據可以反映出，蒙皮拉伸成形技術申請專利主要是工業應用和理論研究并重的，而且目前中國民用飛機高速發展，未來也必然集中于企業和高校，而相關科研單位的專利申請也會大量增加。受限于該領域的應用和技術限制，個人申請者必然受限。其中中國蒙皮拉伸技術申請專利較多且較典型的申請人是吉林大學。吉林大學的專利集中在板材拉伸成形，高柔性多頭拉伸成形，充液墊，三維曲面拉伸成形等領域。

中國主要申請單位及申請數量見圖3。從圖中可以看出申請量較多的公司是吉林大學和沈陽飛機工業（集團）有限公司，北京航空航天大學和上海飛機制造有限公司的申請數量也很高?？梢钥闯鲲w機蒙皮拉伸成形技術主要集中于航空類研究院校和大型飛機制造企業，從該技術的起點和技術瓶頸等方面也容易理解其原因。

3飛機蒙皮拉伸成形全球專利申請狀況分析

3.1全球專利申請趨勢

全球專利申請數量見圖4，由于中國的情況上文已經進行了分析，而且考慮其發展速度和特殊性，本分析將中國排除在外。從圖中可以看出，全球的飛機蒙皮拉伸成形技術發展的頂峰在2000年到2010年之間，在此期間，美國、德國和日本等西方發達國家的發展速度非常迅速，航空航天技術得到飛速發展，因而此項技術的專利申請量達到頂峰。2010年后，西方發達國家的經濟增速放緩，飛機制造發展放緩，將更多的研究和生產轉移至發展中國家。另外，隨著自動化和精密化水平的提高，目前該項技術的發展遭遇瓶頸，暫時并沒有巨大的創新空間。因此，專利的申請數量銳減，發展速度減緩。

3.2全球專利申請情況具體分析

飛機蒙皮拉伸成形技術全球專利申請國家分布見圖5。其中CN代表中國，US代表美國，EP代表歐專局，DE代表德國，GB代表英國。其中中國，美國，德國是該項技術的主要分布國。

飛機蒙皮拉伸成形技術全球主要申請人包括美國的BOEING公司、歐洲空中客車公司。波音公司針對飛機蒙皮拉伸成形技術主要有：板材拉伸成形，縱梁裝置改進等。

在飛機蒙皮拉伸成形中，拉伸成形模具是常見成形設備，對拉形模的結構進行改進，基本上可以分為：拉形模、多點柔性拉形模、其他輔助手段拉形模。同時隨著工業自動化水平的提升，程序的控制是飛機蒙皮拉伸成形發展的另一個主流。

4 總結

通過以上分析可以看出，飛機蒙皮拉伸成形技術在歐美起步比較早，專利主要集中在美國和德國，申請量在20世紀90年代到21世紀初由爆發期逐漸到衰落期，技術已經比較成熟，但缺少突破性研究。中國則才剛剛起步，申請量也在高速的增長。中國申請人主要是企業和高校，這與提高飛機蒙皮成形質量，以及與飛機蒙皮的需求有直接關系，促進了我國的航空領域的發展。

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