“火龍駛過(guò)龜蛇舞，鐵鳥(niǎo)飛臨鳳鶴回。” 郭沫若在《長(zhǎng)春集·頌武漢》中將飛機(jī)比喻成了鐵鳥(niǎo)，無(wú)獨(dú)有偶，茅盾在他的《大鼻子的故事》中也有相關(guān)描述。曾幾何時(shí)，我們習(xí)慣將飛機(jī)看成是“鐵家伙”，然而隨著航空材料的發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬材料正在被更“輕”、更“強(qiáng)”的復(fù)合材料所代替，新一代夢(mèng)想飛機(jī)波音787更被人們戲稱為“塑料飛機(jī)”，把飛機(jī)比作“鐵鳥(niǎo)”也顯得越來(lái)越不恰當(dāng)。
復(fù)材技術(shù)成為發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)研究起步晚，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型民機(jī)復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)技術(shù)“跨越式”的發(fā)展，針對(duì)我國(guó)大型民機(jī)復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展策略，北研中心作為民用飛機(jī)技術(shù)的預(yù)先研究單位，瞄準(zhǔn)國(guó)際一流民機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展多個(gè)科研項(xiàng)目，并取得了豐碩的成果。
2012年開(kāi)展的復(fù)合材料機(jī)翼研制攻關(guān)項(xiàng)目，旨在以C919機(jī)翼為驗(yàn)證平臺(tái)，攻克大型客機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、檢測(cè)與維護(hù)方面的關(guān)鍵技術(shù)，為復(fù)合材料機(jī)翼的型號(hào)研制做好技術(shù)儲(chǔ)備。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組三年的努力，于2015年4月14日順利通過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì)暨轉(zhuǎn)階段評(píng)審，進(jìn)入技術(shù)集成階段，大批試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工藝件、試驗(yàn)件的完成充分驗(yàn)證了前期設(shè)計(jì)工作，并為未來(lái)型號(hào)機(jī)翼使用復(fù)合材料奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
工藝驗(yàn)證件強(qiáng)度可媲美試驗(yàn)件
復(fù)材機(jī)翼項(xiàng)目根據(jù)積木式試驗(yàn)方案共規(guī)劃五級(jí)八千多件試驗(yàn)件，現(xiàn)正有序地進(jìn)行。其中X850材料許用值試驗(yàn)已完成四千多件，通過(guò)許用值試驗(yàn)，建立了復(fù)合材料設(shè)計(jì)許用值的試驗(yàn)方法和計(jì)算方法。同時(shí)，疲勞門檻值試驗(yàn)結(jié)果顯示，X850材料疲勞壽命形狀參數(shù)與中國(guó)商飛公司的C919客機(jī)以及國(guó)外主流飛機(jī)制造商采用的數(shù)值一致，表明X850材料設(shè)計(jì)許用值選取的合理性，確保了復(fù)材機(jī)翼項(xiàng)目的強(qiáng)度計(jì)算，并為后續(xù)的減重奠定了基礎(chǔ)。
X850的應(yīng)用在我國(guó)尚屬首例，本試驗(yàn)結(jié)果填補(bǔ)了我國(guó)T800級(jí)復(fù)合材料的許用值數(shù)據(jù)庫(kù)的空白，為未來(lái)型號(hào)選用此材料，提供直接的數(shù)據(jù)支持。
復(fù)合材料機(jī)翼項(xiàng)目的四米四筋壁板、七米梁和下壁板開(kāi)口區(qū)工藝驗(yàn)證件都已成功交付，電腦上的“圖片”已轉(zhuǎn)換成了實(shí)實(shí)在在的零件擺在我們眼前，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原則的工藝可行性，為復(fù)材機(jī)翼項(xiàng)目典型盒段和全尺寸盒段試驗(yàn)件的成功研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)這些工藝驗(yàn)證件研制過(guò)程中所使用的新工藝新方法（自動(dòng)鋪帶、熱隔膜成型等），可直接用于未來(lái)型號(hào)。
波音787為何被稱為“塑料飛機(jī)”
縱觀民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)歷程，美國(guó)、歐盟等世界航空發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)十分重視民用飛機(jī)復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)研究，在該國(guó)家和地區(qū)航空制造企業(yè)研制后續(xù)機(jī)型之前，都會(huì)通過(guò)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)集成驗(yàn)證項(xiàng)目，來(lái)提高復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)技術(shù)的工程化應(yīng)用水平，并直接支持實(shí)際飛機(jī)型號(hào)研制。
波音787夢(mèng)想飛機(jī)上，復(fù)合材料用量達(dá)到了50%，其機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等主要結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合材料制造。機(jī)身結(jié)構(gòu)采用纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)鋪設(shè)長(zhǎng)桁和蒙皮，并經(jīng)過(guò)熱壓罐固化。
這一整體成型工藝取代了由上百塊蒙皮壁板、加強(qiáng)筋及長(zhǎng)桁和上千個(gè)緊固件組裝的傳統(tǒng)機(jī)身制造工藝。機(jī)翼和尾翼的蒙皮、長(zhǎng)桁、梁，以及機(jī)翼固定前緣和翼尖小翼等同樣采用了纖維自動(dòng)鋪放機(jī)制造。副翼、襟翼、擾流板以及機(jī)身的后壓力隔框等采用真空輔助樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑（VARTM）工藝制造。其實(shí)早在1989年，NASA啟動(dòng)了ACT（Advanced Composite Technology）計(jì)劃,就針對(duì)這些工藝技術(shù)開(kāi)始了預(yù)先研究探索。可以這么說(shuō)，今天的波音787夢(mèng)想飛機(jī)正是源于二十多年前的研究成果。
除了復(fù)材機(jī)翼項(xiàng)目，北研中心還針對(duì)未來(lái)型號(hào)，開(kāi)展了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。值得一提的是，所有這些項(xiàng)目都充分貫徹了國(guó)外先進(jìn)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)-制造一體化的設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)階段，制造充分參與，協(xié)同工作，共闖難關(guān)，大大縮短了項(xiàng)目研制過(guò)程的迭代次數(shù)，提高了產(chǎn)品的制造可行性。
