FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 我國商用飛機進展及對復合材料的要求 [打印本頁]

作者: 玄武 時間: 2009-1-16 11:50
標題: 我國商用飛機進展及對復合材料的要求
大型民用飛機項目被列為國家中長期科技發展規劃綱要的十六個重大專項之一，是我國政治、經濟、科技發展的必然戰略選擇。

民機產業是典型的知識密集、技術密集和資本密集的高技術、高附加值、高風險的戰略性產業，它不僅在整個航空工業中的比重越來越大，而且日益成為衡量一個國家科技水平、工業水平和綜合國力的重要標志之一。不論是從經濟發展的角度，還是基于國家安全的考慮，民機產業是大國的必爭之地。

我國民用飛機發展歷程

中國民用飛機由測繪仿制改進蘇聯安-24研制國產運7系列飛機，測繪參考美國波音707研制國產運10大型客機，發展到組裝生產美國MD-82/-90飛機，再發展到自主設計具有自主知識產權的支線民用客機ARJ21和大型客機的階段。

ARJ21-700飛機是我國首架擁有完全自主知識產權的新型渦扇支線民用客機。它的研制成功是我國航空發展史上一個重要里程碑。該機次要結構采用了復合材料，以降低結構重量。隨后研制的ARJ21-900飛機，以ARJ21-700為基礎，優化了結構細節設計，加大了復合材料比率，更加降低了結構重量，提高了飛機的使用經濟性。2008年12月1日，中國商用飛機有限公司上海飛機設計研究所召開了ARJ21-900啟動會。

研制和發展大型飛機，是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》確定的重大科技專項，是建設創新型國家、提高自主創新能力和增強國家核心競爭力的重大戰略舉措，是國家工業、科技水平和綜合實力的集中體現。

2008年3月31日中國商用飛機公司成立，5月11日正式掛牌，公司注冊資本190億元。董事會成員為國務院國資委、上海市國資委、中航集團、寶鋼、中鋁和中化。

大型飛機立項后，國家可能會注入300億元～400億元投資金額，相關配套投資更大。

大型飛機的結構設計方案設想分階段實現復合材料結構達到飛機結構重量的50%左右的世界先進水平，第一階段在飛機機翼和尾翼設計選用碳纖維復合材料結構，第二階段在機身主結構設計選用碳纖維復合材料結構。目前中國商飛邀請了300多位全國各地的專家正在進行方案論證工作。

民機復合材料的應用發展

波音公司最新型的B787夢想飛機上所用的材料，鋁合金僅占20%，而先進復合材料的用量則高達50%；空中客車公司客機A350上先進復合材料的用量將達到53%。

在國內飛機復合材料結構設計現狀的基礎上，國內首架擁有自主知識產權的支線客機ARJ21飛機采用了部分復合材料結構，其復合材料結構占結構重量的2%。ARJ21-700飛機復合材料結構的應用部位主要有碳纖維／環氧樹脂預浸料(包括碳纖維單向帶和織物)的垂尾方向舵、翼稍小翼；玻璃纖維布／環氧預浸料的翼身整流罩、雷達罩、客貨艙地板等結構。

民機復合材料的應用要求

用于民機上的復合材料原材料(預浸料或RTM等技術的材料)，除滿足飛機結構設計要求外，必須符合適航規章CCAR25(FAR25/JAR25)部分相關條款的適航性要求，材料必須能夠確保不影響飛機安全。

適航性要求

適航標準是運輸類飛機強制執行的最低安全標準，是民機區別于軍機的根本要求，也是市場的準入證，是航空強國設立的技術、經濟和政治壁壘。CCAR25、FAR25以及JAR25均有針對材料的適航條款，對于復合材料要求符合25.603、25.613、25.605等適航條款。

復合材料適用性和耐久性的要求應符合CCAR25第603條款，即建立在經驗或試驗的基礎上；符合經批準的標準(如工業或軍用標準，或技術標準規定)，保證這些材料具有設計資料中采用的強度和其他性能；考慮服役中預期的環境條件，如溫度和濕度的影響。

材料技術條件(材料規范)

材料技術條件(材料規范)嚴格規定了材料的物化性能、層板力學性能、夾層結構板的力學性能，材料包裝和儲存要求以及材料質量要求。材料技術條件(材料規范)必須報適航審定批準。

材料規范對預浸料的各項性能提出了明確的要求，明確規定了試驗件的制作，包括層壓板的鋪層數、主要的輔助材料、固化參數、操作程序、試驗件加工的角度、加工所采用的刀具等。材料規范還對試驗作出了詳盡的規定，指定了性能測試的試驗方法、所用的試驗設備，規定了最少的試驗數量以及試驗程序。

ARJ21飛機對碳纖維／環氧預浸料和玻璃纖維／環氧預浸料分別建立了材料規范ZMS2224和ZMS2212，并建立了配套的ZPS01624系列固化成型工藝。

復合材料的適航鑒定

將先進復合材料大規模用于各種民用飛機的重要技術問題之一，就是如何對復合材料結構進行適航審定。美國采用FAR25等條例進行民機適航審定，歐洲的相關條例為JAR25。我國也先后頒布了《中國民用航空條例》第25部(CCAR-25)內容與FAR25類似。

美國FAA的AC20-107A是目前有關復合材料適航審定的一份較系統、較完整的文件，是多數民機復合材料構件進行適航審定驗收的依據。

目前國際上普遍采用“積木式方法”(TheBuildingBlockApproach)來進行復合材料的設計和適航審定。

復合材料的性能評估體系

參考美國FAA的AC20-107A和MIL-HDBK-17，采用“積木式方法”(TheBuildingBlockApproach)來進行復合材料的設計和評估。

從各種渠道了解波音公司、空客公司對復合材料的性能評估細節和具體方法。

試驗方法問題

目前國際上普遍采用ASTM標準和BSS(波音公司的試驗標準)、EN(歐洲試驗方法)，與國內采用的GB、GJB等標準有較大差異，試驗設備也各不相同。

摘自http://www.frp.com.cn/frp/viewNe ... &newsid=760

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