複合材料具有重量輕、高強度、高模量、結構功能一體化和設計製造一體化等優點，尤其是碳纖維增強複合材料的應用，可有效減輕飛機結構重量、提高飛機的可靠性。隨著材料技術和自動化製造技術的日趨成熟，複合材料在飛機上的應用突飛猛進，應用範圍越來越廣，用量越來越大，以波音787和空客a350為代表的大型客機複合材料用量已經佔到飛機結構重量的50%，整個機身、機翼結構幾乎全部採用了碳纖維複合材料，航空複合材料時代已經來臨。
自動鋪絲，功不可沒
複合材料用量的大幅提公升離不開自動化製造技術的強力支撐，尤其是自動鋪帶技術和自動鋪絲技術。自動鋪帶技術解決了飛機小曲率機翼、尾翼等翼面類結構的製造問題，將飛機的複合材料用量提公升到結構重量的25%左右；自動鋪絲技術解決了大曲率機頭、中機身、後機身等複雜機身結構的製造問題，將飛機的複合材料用量提公升到機體結構重量的50%左右。自動鋪放製造技術不僅能有效降低生產成本、提高生產效率，而且可以對鋪放工藝引數進行精確控制，鋪放程式一旦固化，便可重複操作，保證了複合材料構件質量的可靠性和穩定性，經濟效益顯著。
自動鋪絲技術近年來發展迅猛，其工藝原理是由鋪絲頭將多束預浸絲束在柔性壓輥下集束成帶後，按照計算機規劃的路徑進行鋪放。預浸絲束窄帶在鋪放過程可實現單獨控制、並可進行轉彎，具有較強的曲面適應能力，不僅可以鋪放凹面、凸面，還可以實現開口、補強等變厚鋪層，纖維角度偏差更小，生產效率更高。民機方面波音787、a350的機身結構已全部採用自動鋪放技術進行製造。軍機方面f-22、f-35飛機的翼身融合體、進氣道等大曲率複合材料零件，已採用該技術進行生產。高階的自動鋪絲裝置是國外軍機製造的重要專用裝備，具有重要的戰略意義。
審時度勢，大器終成
沒有自動鋪絲技術，很難造出像波音787那樣的大型寬體客機，也很難完成f-35那樣完美的s形進氣道。正是看到此類專用裝備的重要性和戰略意義，結合前期的技術儲備，2023年，航空工業製造院、複材公司聯合國內的科研力量，集智攻關，共同開發大型龍門鋪絲裝備，突破了多軸聯動控制技術、大跨度輕質高剛性橫樑結構設計與製造、曲面鋪放路徑規劃及**技術等多項關鍵技術，研製了國內首颱工程化應用級別的大型自動絲束鋪放裝置。裝置x向行程30公尺，y向行程6.5公尺，能實現最多32束預浸絲束的高效鋪疊。該裝置是國內目前唯一可以完成大尺寸複合材料機身壁板研製的高階專用裝備，為我國大型飛機的研製提供了強力技術保障。
工藝配套，材料先行
自動鋪絲工藝的應用還離不開另外乙個重要因素，鋪絲材料。自動鋪絲技術所用的材料是寬度為3.2mm、6.35mm、12.7mm等寬度不等的纖維窄帶，窄帶的寬度精度要求達到?0.125mm的偏差，這種精度偏差對於軟材料來說很難實現。航空工業複材通過大量的技術調研和工藝試驗，制定了採用精密分切工藝製備預浸絲束的工藝方案。該方法通過分切寬幅預浸料，製備長度連續的預浸絲束。利用該方法所製備的預浸絲粘性、寬度均勻性等技術指標完全滿足自動鋪絲工藝要求。目前，航空工業複材已經完成了多種牌號的預浸絲束的製備，並開展了工藝驗證和應用研究。
牛刀初試，不辱使命
2023年初，伴隨著舊曆新年的腳步，某機身壁板試驗件在航空工業複材成功下線。該製件為民機機身曲板典型結構，蒙皮採用自動鋪絲技術，筋條採用自動鋪帶技術，是目前國內製造的最大尺寸的自動鋪絲複合材料結構，凝聚了航空工業複材各個專業的集體智慧型。從材料的工藝適用性研究、到自動化成型工藝方案的制定、再到壁板蒙皮的高效鋪放、超聲無損檢測技術，充分展示了航空工業複材在大型民機複材構件製造領域的雄厚實力。航空工業複材鋪絲團隊作為該項目的生力軍，承擔了該複材構件的自動鋪絲工作，並高質量地完成了此項重任。航空工業複材鋪絲團隊從材料的工藝適用性、裝置的結構適用性、鋪絲軌跡規劃等多個方向開展攻關，並結合前期的技術積累，最終突破了變厚結構鋪絲軌跡規劃、鋪絲路徑優化、工藝引數優化等多項關鍵技術，實現了製件的高質量高效率鋪放。
航空工業複材鋪絲團隊針對國內外鋪絲材料開展了鋪絲工藝適用性研究，針對材料的表面粘性、絲束浸潤性、懸垂性、絲束寬度測量、邊緣切割質量、接頭搭接特性等關鍵技術要點進行了大量的工藝試驗和驗證，確定了自動鋪絲材料的工藝適用性評價準則。針對鋪絲裝備，開展了裝置的結構適用性研究：包括適應的製件的曲率半徑、可實現的台階和下陷結構、最短纖維、轉彎半徑特性、端頭定位精度等，確定了裝置的結構適用性準則。軌跡規劃和優化方面，針對典型結構椎體、複雜筒體、複雜曲板開展了固定角、測地線、平行線、變角度等單一方式或多種組合方式鋪絲軌跡規劃研究，確定了不同結構形式的軌跡規劃準則。鋪放工藝引數優化方面，針對鋪放溫度、鋪放速度和製件的鋪放質量開展矩陣試驗，確定了工藝引數優化準則。5年時間，從早期的複雜進氣道結構鋪絲製造技術研究，到中型機身曲板的成型，再到今天的大型曲板的交付，鋪絲團隊攻克了乙個又乙個難關。
航空工業複材在自動鋪絲技術方面從無到有，從弱到強。目前，擁有大型龍門鋪絲裝置，機械人鋪絲裝置，未來還將補充大型臥式鋪絲裝置等先進自動化鋪絲製造裝備和技術，將滿足國內外多種尺寸和結構的複合材料構件的自動化鋪放。
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