2011-4-15 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：熱塑性復(fù)合材料 航空結(jié)構(gòu)件 設(shè)計(jì)理念
熱塑性復(fù)合材料的自身特性使其成為重量輕、低成本宇航結(jié)構(gòu)件的理想材料，該類復(fù)合材料以韌性高、重復(fù)加工性好和防火性能強(qiáng)而著稱。針對(duì)大型主結(jié)構(gòu)件（如蒙皮加筋整體壁板）正取得了多個(gè)階段性進(jìn)展。新材料、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念和航空技術(shù)是主要的創(chuàng)新要素。
熱塑性復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
熱塑性復(fù)合材料因其自身的特性而在航空航天領(lǐng)域日益受到青睞。其高韌性使得設(shè)計(jì)更輕的結(jié)構(gòu)成為可能；其物理加工只需熔化，無(wú)需固化周期，從而實(shí)現(xiàn)了快速而穩(wěn)定的加工；其卓越的FST（防火、防煙和防毒）特性和可循環(huán)使用性也是一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)�？湛妥罱c荷蘭人成立了一個(gè)TAPAS 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。一個(gè)名為TPRC 的國(guó)際熱塑性復(fù)合材料研究中心也于2009 年在荷蘭成立�，F(xiàn)在，最新型飛機(jī)上越來(lái)越多地采用了熱塑性復(fù)合材料零件和組合件，如很多飛機(jī)項(xiàng)目上采用了多肋設(shè)計(jì)理念和用TEN CATE 公司的玻璃纖維/ 聚苯硫醚制成的A380 焊接固定翼前緣。
熱塑性復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)件是一個(gè)過(guò)去即有涉獵的領(lǐng)域。灣流G550和G650 飛機(jī)的壓力艙壁板是一系列帶壓力成型加強(qiáng)肋的碳/聚醚酰亞胺�？湛虯400M 的駕駛艙地板就是用熱塑性復(fù)合材料制造的。最近，已經(jīng)著手焊接主操縱面。新型灣流G650 公務(wù)機(jī)（JEC2010 創(chuàng)新獎(jiǎng)得主）的方向舵和升降舵就是感應(yīng)焊接的多肋扭力盒結(jié)構(gòu)。
感應(yīng)焊接是由KVE 復(fù)合材料集團(tuán)的荷蘭專家開發(fā)，并由福克航空結(jié)構(gòu)件公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的一項(xiàng)技術(shù)。
這種碳/PPS(Ten Cate先進(jìn)復(fù)合材料公司) 的多肋設(shè)計(jì)比此前的碳/環(huán)氧樹脂夾層結(jié)構(gòu)重量降低10%、成本降低20%。焊接代替膠接和螺接是降低成本的重要因素。這一點(diǎn)與肋的模壓成型和簡(jiǎn)便的蒙皮和梁的鋪疊和共固結(jié)成型一樣。
一種整體加筋的熱塑性蒙皮理念的發(fā)展
2003 年，一種碳/聚醚醚酮單向帶（Cytec）制成的客機(jī)地板梁得到發(fā)展。這種可高效制造產(chǎn)品很適合航空業(yè)，因此，緯線鋪放（pick & place）被選作腹板和緣條的預(yù)成型體成型方法。所有這些元件都在共固結(jié)的過(guò)程中被熔合在一起。在研發(fā)工字梁組合件的過(guò)程中，曾經(jīng)尋求一種可簡(jiǎn)化制造大量加強(qiáng)肋的方法。該方法是“對(duì)接”1 塊平層壓板，將其與普通工字梁共固結(jié)在一起。這被證明是一個(gè)有效的解決方案。在制造上比最初設(shè)計(jì)的壓力成型加強(qiáng)肋的方法簡(jiǎn)單得多。對(duì)接強(qiáng)度采用注射成型，增加了坡口圓角半徑，得到了優(yōu)化。
對(duì)接體系的開發(fā)為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了全新的機(jī)會(huì)，如正弦波梁，一般情況下很難用復(fù)合材料制造。另外一個(gè)因?qū)永砟疃Q生的設(shè)計(jì)是蒙皮加筋整體壁板。首先，平面預(yù)成型T 型加強(qiáng)筋，然后將其與蒙皮共固結(jié)。荷蘭國(guó)家航空航天實(shí)驗(yàn)室在2008 年成功研發(fā)了這種壁板，并在剪切和壓縮荷載下得到試驗(yàn)驗(yàn)證。
大型熱塑性主結(jié)構(gòu)件
荷蘭的工業(yè)部門、研究機(jī)構(gòu)與空客公司從2005 年開始在熱塑性領(lǐng)域合作，并在2009 年得到進(jìn)一步加強(qiáng)。經(jīng)空客公司提議，荷蘭經(jīng)濟(jì)事務(wù)部發(fā)起建立了一個(gè)荷蘭公司和研究院所的聯(lián)合體。他們與空客聯(lián)手發(fā)起了一個(gè)為期4 年的名為TAPAS 的飛機(jī)熱塑性主結(jié)構(gòu)件的項(xiàng)目。TAPAS 項(xiàng)目的目標(biāo)是為未來(lái)飛機(jī)項(xiàng)目建立一項(xiàng)制造大型主結(jié)構(gòu)件所必須的熱塑性復(fù)合材料技術(shù)。材料、制造工藝、設(shè)計(jì)理念和所用工具必須達(dá)到6 級(jí)技術(shù)成熟度水平（TRL）。作為該項(xiàng)努力組成部分的全尺寸演示產(chǎn)品正在研發(fā)中，關(guān)鍵技術(shù)包括：研發(fā)并認(rèn)證合適的材料、對(duì)接和纖維焊接、壓力成型和纖維鋪放等制造技術(shù)。
TAPAS 項(xiàng)目的參與方為：空客公司、�？撕娇战Y(jié)構(gòu)件公司、Ten Cate 先進(jìn)復(fù)合材料公司、機(jī)載技術(shù)中心、KVE 復(fù)合材料集團(tuán)、DTC、Technobis 纖維技術(shù)公司、德爾福特理工大學(xué)和圖恩特大學(xué)。荷蘭國(guó)家航空航天實(shí)驗(yàn)室同時(shí)承擔(dān)相關(guān)課題的研究和項(xiàng)目的驗(yàn)證工作。
�？撕娇战Y(jié)構(gòu)件公司為航空航天和防務(wù)工業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)輕質(zhì)航空結(jié)構(gòu)件。客戶包括空客、波音、洛克希德·馬丁、灣流、達(dá)索、普惠和荷蘭航天公司。熱塑性復(fù)合材料因其成本效率和環(huán)境優(yōu)勢(shì)而成為福克公司的關(guān)鍵技術(shù)。該公司與客戶、研究機(jī)構(gòu)和供應(yīng)商的共同參與和合作為該類材料的持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。