國外對華復(fù)合材料技術(shù)進行封鎖

復(fù)合材料機身桶段試驗件。 內(nèi)容來自123456

《中國航空報》：在科技發(fā)展迅猛的今天，復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域，您作為復(fù)合材料首席技術(shù)專家，從總體上，認(rèn)為國內(nèi)復(fù)合材料將向哪個方向發(fā)展，其情況如何？ 內(nèi)容來自123456

蒲永偉：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?fàn)恳こ滩牧险驈?fù)合化、高性能化、功能化、結(jié)構(gòu)—功能一體化和智能化發(fā)展，而先進復(fù)合材料的發(fā)展就是其中的典型代表之一。自1967年問世以來，其具有高比強度和比模量、各向異性和可設(shè)計性、良好的抗疲勞特性、易于大面積成型及可被賦予新功能等特點，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)界、體育用品界，尤其是在對重量、性能有苛刻要求的航空航天領(lǐng)域中受到特別的關(guān)注與重視，為改進飛行器性能做出了重要貢獻，成為了航空航天四大材料之一。同時，隨著航空航天的快速發(fā)展，也加快推動了復(fù)合材料的發(fā)展。 copyright 123456

《中國航空報》：在當(dāng)今航空工業(yè)領(lǐng)域中，復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于機翼、機身等主承力結(jié)構(gòu)，航空工業(yè)的發(fā)展對復(fù)合材料零件制造提出了哪些要求？

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蒲永偉：1969年，我國開始研發(fā)先進復(fù)合材料。1985年，進行系統(tǒng)、完整、有計劃的研究，并進行小批量生產(chǎn)。隨著我國航空領(lǐng)域飛機設(shè)計水平的逐步提高和新型復(fù)合材料的不斷出現(xiàn)，復(fù)合材料逐步應(yīng)用于主承力構(gòu)件。當(dāng)前，先進復(fù)合材料已在我國自主設(shè)計的軍民機上，包括鴨翼、垂直安定面、水平安定面、升降舵及方向舵等構(gòu)件進行批量應(yīng)用，大幅度提高我國航空復(fù)合材料技術(shù)水平。

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“一代飛機、一代材料、一代工藝”。面對著復(fù)合材料構(gòu)件結(jié)構(gòu)多樣化、尺寸大型化的發(fā)展前景，傳統(tǒng)復(fù)合材料構(gòu)件制造工藝已不適應(yīng)我國航空工業(yè)快速發(fā)展的需要，尤其在國外對我國該類型制造技術(shù)進行封鎖的情況下，探索符合我國航空制造業(yè)現(xiàn)狀，滿足發(fā)展需求的技術(shù)方案和新型復(fù)合材料制造工藝，發(fā)展我國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)是我們急需解決的問題。

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《中國航空報》：據(jù)了解，您在航空復(fù)合材料構(gòu)件制造領(lǐng)域取得了優(yōu)異的成績，如U型多區(qū)域蜂窩夾層復(fù)合材料構(gòu)件制造等，能否請您根據(jù)自身的科研經(jīng)歷，談一下如何突破技術(shù)瓶頸、如何實現(xiàn)最終的成果應(yīng)用？
蒲永偉：目前，以波音、空客等世界著名飛機公司為代表的復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)用及加工水平已非常成熟，而國內(nèi)復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用還相對落后。要想進一步在機身、中央翼盒等部位應(yīng)用，國內(nèi)傳統(tǒng)的復(fù)合材料制造技術(shù)方案已不能滿足工藝的要求。面對這種差距，一要對我國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的制造環(huán)境有清晰的認(rèn)知，要識別出我們在材料體系、加工能力、裝備條件等方面與業(yè)界領(lǐng)先水平之間的差異。二要觀察全球產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，充分利用民機轉(zhuǎn)包生產(chǎn)等機會，主動學(xué)習(xí)國外先進的設(shè)計及制造理念、管理方法及技術(shù)手段，以提升我國復(fù)合材料制造產(chǎn)業(yè)的整體水平，拉動相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的技術(shù)飛躍。三要堅持走自主創(chuàng)新的道路，立足已有的制造環(huán)境，在工藝設(shè)計上全面融入“均衡制造”的思想，克服基礎(chǔ)材料、裝備條件等方面的短板，充分發(fā)揮自身專長，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。 123456
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蒲永偉：作為一名從事復(fù)合材料領(lǐng)域研究開發(fā)應(yīng)用20余年的科技工作者，我深感責(zé)任重大，帶領(lǐng)技術(shù)團隊致力于研發(fā)并驗證復(fù)合材料構(gòu)件的新型制造技術(shù)，并將其推廣運用到航空領(lǐng)域中，多次成功解決了國家新研項目急需解決的問題，打破了多項國外對我國先進制造技術(shù)的封鎖，為多類型復(fù)合材料構(gòu)件的制造提供了全新的思路，提升了我國先進復(fù)合材料制造技術(shù)水平。

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高性能飛機需要高效率的結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)飛機大規(guī)模使用復(fù)合材料的關(guān)鍵，是當(dāng)代大型飛機先進性的重要標(biāo)志之一。目前國外的大型民機如波音和空客系列飛機的機體復(fù)合材料的用量與日俱增，并實現(xiàn)在機翼、機身等主承力部件的應(yīng)用。

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在大型飛機復(fù)合材料尾椎壁板的研制中，我們研發(fā)團隊成功突破了大型、雙曲、異形長桁類構(gòu)件整體制造技術(shù)，掌握了一項全新的復(fù)合材料整體共固化制造技術(shù)，并成功應(yīng)用于多型號軍民機任務(wù)中大型壁板的制造中。該技術(shù)利用復(fù)合材料、橡膠組合工裝并輔助橡膠氣囊芯模，重點解決了雙曲Ω長桁工裝制造、蒙皮長桁定位、芯模脫模和零件表面質(zhì)量不高等技術(shù)難題，生產(chǎn)的構(gòu)件外形尺寸和內(nèi)部質(zhì)量好、工藝操作簡單而且周期較短。

大型飛機在舵面、平垂尾整流罩、翼尖等部位的復(fù)合材料制件更多地采用芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，已從平面單塊蜂窩擴展到U型多塊蜂窩。這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)對我國的復(fù)合材料夾層件的制造水平提出了較高要求。對此，我們研發(fā)團隊研發(fā)出一種整體輔助工裝共固化技術(shù)，可以提高產(chǎn)品設(shè)計效率和產(chǎn)品制造效率、外觀質(zhì)量和合格率。該工藝適用性強，可用于制造任何形狀的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。該技術(shù)優(yōu)點是設(shè)計人員在蜂窩構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，只要考慮結(jié)構(gòu)整體的對稱性，而無需考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)、外蒙皮的鋪層對稱性，及專門設(shè)計共固化防滑帶鋪層，就可保證蜂窩位置不滑移、不塌陷并避免蒙皮褶皺，更好地進行工藝協(xié)調(diào)，確保了在軍民機生產(chǎn)任務(wù)中蜂窩夾層件的交付。 123,123

《中國航空報》：復(fù)合材料的加工成型是實現(xiàn)材料應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，具有不同力學(xué)、熱學(xué)特性的材料需要不同的加工方法和加工條件來完成，針對相關(guān)的技術(shù)難點，我們在加工過程中開創(chuàng)了哪些獨特的方法？

蒲永偉：復(fù)合材料是由基體樹脂、增強體和助劑組成的多相體系，其中基體樹脂通常為雙馬來酰亞胺、環(huán)氧、酚醛或聚酰亞胺等熱固性樹脂，增強體為玻纖、碳纖、芳綸纖維等，助劑包括固化劑、抗氧化劑、抗紫外劑等。在固化過程中，為防止復(fù)合材料制造環(huán)境的復(fù)雜性和非線性多場耦合作用，而產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷，提出“均衡制造體系”的概念。它是指以特定的零件制造環(huán)境為研究對象，以單元技術(shù)和理論模擬計算為手段，以達到零件驗收交付條件為基本要求，在綜合評估生產(chǎn)成本、制造周期、潛在風(fēng)險等因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝條件，統(tǒng)籌設(shè)計零件成型的各種限制性條件，在允許部分缺陷存在（缺陷可控）的情況下，達到生產(chǎn)成本最低、制造周期最短、零件質(zhì)量穩(wěn)定性最高，最終實現(xiàn)零件制造的利益最大化。對于目前應(yīng)用最廣泛的真空袋-熱壓罐成型技術(shù)而言，特定的零件制造環(huán)境在范圍上是指真空袋和工裝貼胎面所包圍的密封環(huán)境。由于在零件成型過程中必然存在偶然性因素，過分追求每一個細(xì)節(jié)的完美無缺必然增加制造成本，并且容易破壞制造環(huán)境中的平衡而造成更大的缺陷。因此，要在產(chǎn)品加工過程中做到缺陷可控，必須要建立熱壓罐成型的理論數(shù)學(xué)模型，以特定的制造環(huán)境為研究對象，區(qū)別對待主要影響因素和次要影響因素，結(jié)合單元技術(shù)和理論計算手段，對零件某一位置的制造結(jié)果做出預(yù)先評價。將選定對象的所有限制條件（即影響因素）分類區(qū)別對待，建立所有的理論上變量的種類及相互影響的關(guān)系模型后，利用現(xiàn)有的理論公式來計算評估每個一級變量對零件成型結(jié)果的影響，其評價結(jié)果或者現(xiàn)有理論難以準(zhǔn)確計算的，可以用相近條件下的單元實驗來驗證或評價。單元技術(shù)和理論計算共同構(gòu)成了“均衡制造體系”的評價基礎(chǔ)。

《中國航空報》：當(dāng)前，國內(nèi)復(fù)合材料構(gòu)件制造水平和情況如何？著眼于未來的復(fù)合材料構(gòu)件制造，特別是航空領(lǐng)域復(fù)合材料零件制造將面臨哪些亟待破解的難題？ 內(nèi)容來自123456

蒲永偉：當(dāng)前，國內(nèi)的復(fù)合材料制造業(yè)是一個以經(jīng)驗和主觀判斷為主要生產(chǎn)手段的粗糙型產(chǎn)業(yè)，未來的發(fā)展趨勢必然是以理論代替經(jīng)驗，以客觀計算代替主觀判斷，輔以表征測試手段的發(fā)展，最終成為理論預(yù)測先行、過程規(guī)范操作、實時可視監(jiān)控的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)。目前，沈飛公司研發(fā)團隊建立復(fù)合材料構(gòu)件制造單元技術(shù)數(shù)據(jù)庫，嘗試多元化分析手段，采用數(shù)字影像技術(shù)監(jiān)控制造全過程用以建立并追溯構(gòu)件的全程制造歷程。沈飛公司與大連理工大學(xué)等六家單位于2013年聯(lián)合申報，并已實施的2014年國家973計劃項目——“大型航空復(fù)合材料承力構(gòu)件制造技術(shù)基礎(chǔ)研究”，對復(fù)合材料承力結(jié)構(gòu)件制造具有非常重要的指導(dǎo)意義。其研究內(nèi)容囊括了復(fù)合材料從原材料到成形、固化、檢測，再到裝配的整個制造過程的基礎(chǔ)研究工作，可以對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的設(shè)計形成反饋。 123456

《中國航空報》：在您看來，我國在復(fù)合材料的應(yīng)用與構(gòu)件的加工方面，與國外工業(yè)發(fā)達國家相比主要的差距在哪里？我們應(yīng)該從哪些方面來縮小差距？

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