雷达户外复合材料机箱制造工艺技术

雷达户外复合材料机箱制造工艺技术

王年森

中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽省合肥市，230000

摘要：飞机为了能够在高空中保持长时间的飞行，提高能源的利用率，整体的架构需要保证飞机自身的重量越轻越好，机翼梁作为飞机的重要承重部分更是需要维持自身的重量足够轻，相比以前飞机的结构材料，通过碳纤维复合材料搭建机翼梁不仅保持着自身的结构强度，提高了承重能力，还优化了自身重量，降低了燃油成本，提高环境舒适度，本文通过分析碳纤维复合材料和机翼梁的适用点，详细介绍了碳纤维复合材料机翼梁的工艺制造

关键词：碳纤维复合材料；航空航天；具体应用；工艺制造

前言

随着科技水平的不断发展，飞机领域的应用材料也在不断进步，相比于之前的铝合金等结构材料，碳纤维复合材料拥有更好的强度和刚度，并且在耐受性方面也十分突出，拥有卓越的耐高温性和耐腐蚀性，这两点对一直在高空中的飞机来说尤为重要，并且碳纤维复合材料的重量也很轻，综合以上优点，碳纤维复合材料在航空领域有着十分巨大的发展潜力，目前飞机的结构中就存在十分多的碳纤维复合材料，不管是民用飞机还是空客飞机都采取碳纤维复合材料。

一、碳纤维复合材料

在所有复合材料中，碳纤维复合材料是由一种经过热处理，全身由就成以上由碳纤维组成的特殊材料，由碳纤维经过深层次的加工成为复合材料，与传统的复合金属材料所不同的是，碳纤维复合材料强度更高，耐热性耐腐蚀性更强，重量更小，大型加工设计更加方便。

碳纤维复合材料与传统材料的性能结构上有着天壤之别，所以复合材料在结构上的规划设计不能采取传统材料的固定模式，否则就会造成复合材料成品之后还没有传统材料的硬度强，耐热性，耐腐蚀性高，成本也会比传统材料的高，给客户造成不必要的麻烦。更何况是飞机上采用碳纤维复合材料，更是不能有任何问题的产生，一架飞机上承载着许多生命不能出现半点纰漏，所以问题的重点就是能不能利用出复合材料的优点，研制出一种不管是产品性能质量上还是成本效率上都比传统材料高的材料，并且将这种材料结合在飞机上，大力推广给全世界，目前，飞机普遍采用了碳纤维复合材料，但是能够有效地将碳纤维复合材料结合在飞机上的人才不多，我们需要重点培养这些人才。

1.1与传统材料的不同之处

在以前飞机的传统材料大多为铝合金材料，铝合金的强度是非常高的，可以抵抗飞机在高空飞行时受到的强烈气流，并且铝合金的造价成本低，适合大规模的生产应用，铝合金材料还可以通过加工强化成不同量级的材料，以适应不同的要求，综合完善性能，集中挖掘铝合金材料的极限潜力，可以减少铝合金材料中的杂质含量，提炼出高纯度的铝合金，这大大加强了铝合金的强度和抵抗能力，降低了破碎风险，在抗腐蚀性方面也得到提高，所以铝合金材料在以前长期的作为飞机航行中的首选材料，但是铝合金材料也有一定的缺点，铝合金材料在飞机长时间的高空飞行中，结构容易受到腐蚀，耐久度不长都是问题，所以随着科技的进步，人们一直在探索一种新型的材料来取代铝合金材料在飞机梁等重要部位的构成，碳纤维复合材料的出现就是最好的取代品，碳纤维复合材料的密度很小，重量也很轻，这对于飞机减轻自重很有效，减少空气阻力对飞机的影响，而且碳纤维复合的抗拉弹性，抗拉强度都明显优于其他传统材料，并且碳纤维复合材料的使用寿命很长，耐热性和耐腐蚀性也都很出色，腐蚀性可以说是飞机材料使用时间的一大问题，温度和化学反应等因素的影响都会使腐蚀飞机材料，但是碳纤维复合材料就很好地避免了这个问题，而且碳纤维复合材料可以设计的空间很大，可以根据设计者的需求做成不同大小比例的尺寸，有些精密飞行器的要求很高，可能会要求材料做到不受温度影响，设计者就可以设计成完全不受温度影响而产生体积变化，从而实现零膨胀率，而且作为飞机上的乘客来说，复合材料可以提高飞机舱内的气压，这也乘客就会拥有更好的飞行体验，普通材料在海拔较高的地区就会使气压不足，复合材料凭借其抗拉性强的特点维持气压，乘客也不会出现缺氧的症状，此外，由于碳纤维复合材料的不容易被腐蚀，这也会维持飞机舱的适度湿度在一个合适的范围。

1.2碳纤维复合材料核心优势

碳纤维复合材料能够在当今世界受到广泛应用的原因就是它具有抗拉性，抗扭性，耐高温性，耐腐蚀性强，冲击性能好等优良性质，但是除了本身性能的优越之外，碳纤维复合材料的成本也很低，就像这张图所示，飞机结构能够做到低成本相当不容易，碳纤维复合材料在材料方面通过降低材料成本，采用丝束纤维等成本较低的纤维，与韧性树脂相结合的复合材料虽然具有更轻的重量，但由于技术原因难以到达最终搁浅，另外提高材料本身的性能就相当于用了更少的材料，在制作技术上也有了新的改变，像RFI一样的非热压罐固化新工艺在一些飞机结构上已经实现，还有VARTM一样的液体成形工艺通过实例告诉了世界此项技术有效地降低降低成本，还有自动铺贴工艺通过自动化减少了人工铺贴成本，降低了废品的二次回有效地控制有效地控制了成本。

二、复合材料在飞机上的应用

伴随复合材料制造技术的发展，飞机上使用的复合材料的数量和布局成为飞机规划进度的主要指标之一，飞机使用复合材料的趋势如下:

1.复合材料越来越多地用于飞机。复合材料的数量通常以飞机设计质量的百分比表示。世界领先的航空公司正试图增加复合材料的数量。尤其值得一提的是A380乘客，其次是A350和波音B787。复合材料在A380数量约30吨，B787占50%。A350达到创纪录值的52%。军机和直升机增长复合材料。随着无人机的迅速发展，近年来复合材料的使用达到了新的水平。

2.应用从次向主承力结构结构的部位发展。飞机的机构如舱门、整流罩、安定面由复合材料制成。当前，复合材料广泛应用于机身、机翼主要承载结构。复合材料广泛应用于飞机的主体工件，大大提高了飞机的性能，带来了相当大的经济性和复合材料的发展。

3.应用于复杂结构。越来越复杂的曲线组件由复合材料组成，例如。A380和B787机身段和球形压力框架，采用光纤堆铺放和(RFI)制造。

4.复合材料复杂性急剧增加，整体固化和大规模已成为标准。复合材料在飞机上的直接效果是减轻重量.复合材料采用统一、固定的加工技术，可创建大型整体零件，大幅减少零件数量、紧固件和形状，减少零件装配，有效降低生产成本。

三、现代飞机复合材料发展方向

随着技术的发展，越来越多的复合材料被应用到飞机上，发展发生在三个主要领域。

1.低成本。高成本是制约复合材料在飞机上广泛传播的重要因素。市场的价格优势越来越明显，尤其是在民航领域。成本降低主要包括低材料成本、设计成本、低成本成型技术和低结构维护成本。低成本材料必须考虑到市场因素和新材料的出现。必须将具有成本效益的机构的设计、过程和维护结合起来。复合材料的生产成本占复合材料总成本的60%以上，因此对生产成本控制尤为重要。

2.智能化。复合材料的巧妙运用是以仿生学概念为基础的尖端材料，复合材料的智能必须与现代传感器、功能驱动器和适当的计算技术相结合。传感器检测外部环境和受力状态的变化，执行智能设置，并执行特定功能，例如自动控制、自我调节和自我修复。但是，要想变得智能化，就必须突出手动流程的优先事项。目前，智能复合材料提供了范围广泛的高完整性产品。研究的进展和突破也促进了基础研究的广泛广泛应用。

参考文献：

[1]倪凯璐.先进复合材料在无人机上的应用[J].航空材料学报，2019，39（5）：45-60.

[2]彭坚.大型飞机结构的发展趋势：复合材料化─访哈尔滨工业大学杜善义院士[J].航空科学技术，2020（6）：3-5.