俄罗斯MC-21复材机翼制造工艺

 　　

 

　　俄罗斯MC-21和波音B737、空客A320、C919同属150座级、单通道窄体客机。突出的是，它的机翼采用碳纤维复合材料制造。工艺采用干纤维、树脂注入（resin infusion）和烤箱固化（不用热压罐）。机翼蒙皮和长桁是共固化，复合材料翼梁是单独制造，铝合金整体机加翼肋。

 

　　碳纤维、基材树脂

 

　　

 

　　干纱带（PRISM TX1100）中碳纤维：Teijin（帝京-日本东京）IMS65 24K 丝束 UD

 

　　基材树脂：苏威（Solvay）PRISM EP2400，这是一种单组份180°C 固化增韧环氧树脂，具有低粘度/低温度特性，可在低至 70°C的温度下注入。

 

　　制造机翼蒙皮的特殊吊具

 

　　

 

　　制造过程中将机翼蒙皮从一个工位移动到另一个工位。需要用带多个吸盘、自动化的吊运工装。目前使用干纤维制造板件，均使用吸盘吊具。大型板件的吊具，吸盘有200多个。

 

　　制造工序：

 

　　步骤 1.

 

　　机翼蒙皮通过使用科里奥利机器的自动纤维铺设（AFP）进行铺设。

 

　　

 

　

 

　　步骤 2.

 

　　技术人员检查纤维铺设的机翼蒙皮，寻找重叠、间隙、褶皱和异物碎屑。背景中是用于放置翼梁的工具。

 

　　

 

　　步骤 3.

 

　　MC-21机翼桁条是平放的，然后冲压成型为L形。两个L形预制件背靠背地放置在图中所示的工具中，以形成T形桁条，该桁条将被共同注入上下机翼蒙皮。

 

　　

 

　　步骤 4.

 

　　在自动放置干纤维带、长桁预加工完工后，进入热灌注基材树脂工序。

 

　　全部长桁安装在机翼蒙皮预制件上后，进行装 袋，使用真空膜、呼吸和排水材料。安装管道用于树脂供应和真空水平控制。最后，所有管道都用真空袋膜覆盖，真空袋膜沿着预成型件的周边固定和密封，然后施加真空。”在真空袋中，蒙皮固定在殷钢凹模具上。长桁用殷钢模具定位在蒙皮内表面。

 

　　罐注使用热灌注中心（TIACT-hermo Infusion automatedCenter）处理完成的。据报道，该中心能够实现非常精确的过程控制，包括±2°C 至 270°C/518°F 的温度均匀性和小于 0.5%的孔隙率。树脂输注是在 100°C 下进行的，然后在 180°C 下固化。

 

　　使用一个由欧洲制造商提供的标准固化炉，尺寸为 6 乘 22 米。整个固化过程只需不到 24 小时。

 

　　(注：真空袋是俄罗斯的核心技术，至今未查到较详细资料。此处图片是真空袋的原理图)

 

　　

 

　　步骤 5.

 

　　共固化壁板（桁条的蒙皮带长桁）经过 MTorres 龙门架系统的 CNC 加工操作——修整、布线、钻孔、切割。

 

　　

 

　　步骤 6.

 

　　完成后，机翼蒙皮和桁条进行无损检测操作。

 

　　

 

　　步骤 7.

 

　　使用MTorres的ATL在阳模上，铺放机翼的前翼梁和后翼梁。

 

　　

 

　　步骤 8.

 

　　在机翼装配型架中完成机翼装配。

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　补充图片：

 

　　

 

　　固化后喷底漆的后梁

 

　　正在型架中装配的中央翼

 

　　结束语：

 

　　目前，民机机翼仍然使用热固环氧基碳纤维复合材料。趋势是干纤维使用的多，预浸料使用的少。固化使用烘箱的多，热压罐使用的少。无卷曲织物（NCF）使用的多，干纱带使用的少。翼肋用高温热塑复材代替铝合金。

 

　　注：根据网上多份资料汇总编译。

 

　　杨超凡 2023.7.24