俄羅斯MC-21復材機翼制造工藝

 　　

 

　　俄羅斯MC-21和波音B737、空客A320、C919同屬150座級、單通道窄體客機。突出的是，它的機翼采用碳纖維復合材料制造。工藝采用干纖維、樹脂注入（resin infusion）和烤箱固化（不用熱壓罐）。機翼蒙皮和長桁是共固化，復合材料翼梁是單獨制造，鋁合金整體機加翼肋。

 

　　碳纖維、基材樹脂

 

　　

 

　　干紗帶（PRISM TX1100）中碳纖維：Teijin（帝京-日本東京）IMS65 24K 絲束 UD

 

　　基材樹脂：蘇威（Solvay）PRISM EP2400，這是一種單組份180°C 固化增韌環氧樹脂，具有低粘度/低溫度特性，可在低至 70°C的溫度下注入。

 

　　制造機翼蒙皮的特殊吊具

 

　　

 

　　制造過程中將機翼蒙皮從一個工位移動到另一個工位。需要用帶多個吸盤、自動化的吊運工裝。目前使用干纖維制造板件，均使用吸盤吊具。大型板件的吊具，吸盤有200多個。

 

　　制造工序：

 

　　步驟 1.

 

　　機翼蒙皮通過使用科里奧利機器的自動纖維鋪設（AFP）進行鋪設。

 

　　

 

　

 

　　步驟 2.

 

　　技術人員檢查纖維鋪設的機翼蒙皮，尋找重疊、間隙、褶皺和異物碎屑。背景中是用于放置翼梁的工具。

 

　　

 

　　步驟 3.

 

　　MC-21機翼桁條是平放的，然后沖壓成型為L形。兩個L形預制件背靠背地放置在圖中所示的工具中，以形成T形桁條，該桁條將被共同注入上下機翼蒙皮。

 

　　

 

　　步驟 4.

 

　　在自動放置干纖維帶、長桁預加工完工后，進入熱灌注基材樹脂工序。

 

　　全部長桁安裝在機翼蒙皮預制件上后，進行裝 袋，使用真空膜、呼吸和排水材料。安裝管道用于樹脂供應和真空水平控制。最后，所有管道都用真空袋膜覆蓋，真空袋膜沿著預成型件的周邊固定和密封，然后施加真空。”在真空袋中，蒙皮固定在殷鋼凹模具上。長桁用殷鋼模具定位在蒙皮內表面。

 

　　罐注使用熱灌注中心（TIACT-hermo Infusion automatedCenter）處理完成的。據報道，該中心能夠實現非常精確的過程控制，包括±2°C 至 270°C/518°F 的溫度均勻性和小于 0.5%的孔隙率。樹脂輸注是在 100°C 下進行的，然后在 180°C 下固化。

 

　　使用一個由歐洲制造商提供的標準固化爐，尺寸為 6 乘 22 米。整個固化過程只需不到 24 小時。

 

　　(注：真空袋是俄羅斯的核心技術，至今未查到較詳細資料。此處圖片是真空袋的原理圖)

 

　　

 

　　步驟 5.

 

　　共固化壁板（桁條的蒙皮帶長桁）經過 MTorres 龍門架系統的 CNC 加工操作——修整、布線、鉆孔、切割。

 

　　

 

　　步驟 6.

 

　　完成后，機翼蒙皮和桁條進行無損檢測操作。

 

　　

 

　　步驟 7.

 

　　使用MTorres的ATL在陽模上，鋪放機翼的前翼梁和后翼梁。

 

　　

 

　　步驟 8.

 

　　在機翼裝配型架中完成機翼裝配。

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　補充圖片：

 

　　

 

　　固化后噴底漆的后梁

 

　　正在型架中裝配的中央翼

 

　　結束語：

 

　　目前，民機機翼仍然使用熱固環氧基碳纖維復合材料。趨勢是干纖維使用的多，預浸料使用的少。固化使用烘箱的多，熱壓罐使用的少。無卷曲織物（NCF）使用的多，干紗帶使用的少。翼肋用高溫熱塑復材代替鋁合金。

 

　　注：根據網上多份資料匯總編譯。

 

　　楊超凡 2023.7.24