【氧化鋁纖維廠家】自動(dòng)化、數(shù)字化時(shí)代下,我國(guó)航空復(fù)材產(chǎn)業(yè)鏈如何實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化?
復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于飛機(jī)工業(yè),使工程師克服了單獨(dú)使用材料時(shí)遇到的障礙。組成材料在復(fù)合材料中保持其特性,不溶解或以其他方式完全融合在一起。這些材料一起創(chuàng)造了一種改善結(jié)構(gòu)性能的“混合”材料。
輕質(zhì)、耐高溫復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)將使下一代高性能、經(jīng)濟(jì)的飛機(jī)設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。使用這種材料將減少燃料消耗,提高效率,降低飛機(jī)的直接運(yùn)營(yíng)成本。
復(fù)合材料可以形成各種形狀,如果需要,纖維可以緊緊纏繞以增加強(qiáng)度。復(fù)合材料的一個(gè)有用的特性是它們可以分層,每層中的纖維都朝著不同的方向運(yùn)動(dòng)。這使得工程師可以設(shè)計(jì)具有獨(dú)特性能的結(jié)構(gòu)。例如,一個(gè)結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成在一個(gè)方向彎曲,而不是在另一個(gè)方向彎曲。
航空復(fù)合材料的發(fā)展階段
1970年,復(fù)合材料首次應(yīng)用至航空航天行業(yè)中,其應(yīng)用范圍從最開(kāi)始的艙門(mén)、口蓋、整流罩等發(fā)展到目前已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身等主要承力結(jié)構(gòu);同時(shí),隨著伴隨碳纖維等復(fù)合材料技術(shù)工藝不斷提升,高性能復(fù)合材料的使用和替代范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,部分飛機(jī)復(fù)合材料比重已達(dá)到50%以上。
1、民用領(lǐng)域
復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用經(jīng)歷了前緣-口蓋-整流罩-擾流板-升降舵-方向舵-襟副翼-垂尾-平尾-機(jī)身和機(jī)翼等主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用的過(guò)程。復(fù)合材料應(yīng)用部位已由飛機(jī)的非承力部件及次承力部件發(fā)展到主承力部件,并向大型化、整體化趨勢(shì)發(fā)展。
我國(guó)民用航空器中復(fù)合材料占比不斷增加,從最開(kāi)始的波音757/767復(fù)合材料占比4%到波音787/空客A350的復(fù)合材料占比50%以上,復(fù)合材料在航空器制造中的應(yīng)用不斷增加。
2、軍用領(lǐng)域
復(fù)合材料在改善飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu),降低結(jié)構(gòu)重量,提高隱身能力等多個(gè)方面有著自己特有的貢獻(xiàn)因此廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)中。發(fā)達(dá)國(guó)家較早就將復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)制造中,美國(guó)F-22實(shí)際使用碳纖維比例高達(dá)20%,F-35中復(fù)合材料的使用比例達(dá)到了35%,具體在蒙皮和機(jī)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)體結(jié)構(gòu)部件上,大量的使用了碳纖維復(fù)合材料。目前,中國(guó)的戰(zhàn)斗機(jī)用復(fù)合材料的應(yīng)用還有待提高,殲-11B用復(fù)合材料占比約為12%,距離發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的距離。
我國(guó)民用、軍用飛機(jī)數(shù)量呈不斷上升趨勢(shì),根據(jù)交通運(yùn)輸部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2021年,民用飛機(jī)數(shù)量為4054架;根據(jù)《worldairforces2022》統(tǒng)計(jì),截至2021年,我國(guó)軍用飛機(jī)數(shù)量共有3285架,較2020年增加25架。在此趨勢(shì)下,我國(guó)航天用復(fù)合材料使用量將不斷增加。
隨著我國(guó)航空器產(chǎn)品的不斷升級(jí),對(duì)于航空器用復(fù)合材料也提出了輕質(zhì)、耐磨損、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、抗氧化等要求。未來(lái),我國(guó)航天用復(fù)合材料將會(huì)朝著高性能化、低成本化、多功能化發(fā)展。
“自動(dòng)化”進(jìn)程正在加速
隨著復(fù)合材料、增材制造在國(guó)產(chǎn)民機(jī)上的應(yīng)用比例越來(lái)越高,在“生產(chǎn)端”的體現(xiàn)便是引入更多自動(dòng)化設(shè)備。以復(fù)材的批量生產(chǎn)為例,隨著碳纖維復(fù)合材料零部件的尺寸、厚度不斷增加,工藝上對(duì)鋪貼的精度要求越來(lái)越高,而且還是不同的方向鋪貼。為了確保質(zhì)量、減少人為因素,從手動(dòng)鋪帶到自動(dòng)鋪帶/鋪絲就成了行業(yè)的必然趨勢(shì)。
以此為起點(diǎn),后續(xù)如復(fù)材零部件的轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、檢測(cè)等工序也在向著自動(dòng)化邁進(jìn)。
“數(shù)字化”是行業(yè)趨勢(shì)
近日,在第八屆航空材料與制造工藝國(guó)際論壇(下文簡(jiǎn)稱航材論壇)上,來(lái)自波音、西門(mén)子等企業(yè)的專家重點(diǎn)關(guān)注了生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、數(shù)字化。
比如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)在裝配上的應(yīng)用,利用人工外骨骼等設(shè)備來(lái)助力人工作業(yè)、降低作業(yè)強(qiáng)度,通過(guò)人機(jī)交互技術(shù)來(lái)充分發(fā)揮人工和機(jī)器人/自動(dòng)化設(shè)備的各自優(yōu)勢(shì),通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的仿真來(lái)提高生產(chǎn)效率、降低系統(tǒng)的故障率,通過(guò)數(shù)字化工具搭建生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)流程,對(duì)流程仿真、模擬、驗(yàn)證進(jìn)行量化分析并得出優(yōu)化建議等。
數(shù)字化在航空材料領(lǐng)域的應(yīng)用,不單單是這些制造階段,上溯到前設(shè)計(jì)階段也是離不開(kāi)“數(shù)字化”的助力與賦能。
設(shè)計(jì)人員可通過(guò)數(shù)字化工具(比如有限元分析軟件、輔助設(shè)計(jì)軟件、工業(yè)軟件等)來(lái)加強(qiáng)對(duì)新材料、新工藝的了解,將其優(yōu)勢(shì)與缺陷全方位地展現(xiàn)出來(lái),進(jìn)而提高開(kāi)發(fā)速度、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本,助力工程師更高效地找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料性能上的最優(yōu)解。
向著“數(shù)字化”的邁進(jìn),還包括與大數(shù)據(jù)、AI人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等近年新興數(shù)字技術(shù)相結(jié)合。比如面對(duì)模擬仿真工作、試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)字技術(shù)來(lái)幫助技術(shù)人員更高效地完成對(duì)數(shù)據(jù)的整理、分析等工作。
不僅如此,這場(chǎng)席卷航空制造業(yè)的“數(shù)字化”正從設(shè)計(jì)、制造等階段,不斷外延拓展。比如在關(guān)乎一型航空產(chǎn)品成敗的適航審定階段,目前國(guó)外在適航審定思路上就正從傳統(tǒng)的“一構(gòu)型一檢”向著數(shù)字化工具之下的模擬和分析方法轉(zhuǎn)變。而隨著這條“數(shù)字化”必由之路的不斷延伸,它正在將設(shè)計(jì)、制造、裝配、測(cè)試、適航認(rèn)證、維護(hù)、改型升級(jí)等全鏈路環(huán)節(jié)逐步打通、融合,形成“一體化”。
國(guó)產(chǎn)航空復(fù)材的“工業(yè)化時(shí)代”
通過(guò)論壇上專家的報(bào)告發(fā)言,我們已經(jīng)了解到國(guó)產(chǎn)民機(jī)在復(fù)材、增材制造上的應(yīng)用邁出了第一步,比如C919上復(fù)材應(yīng)用比例達(dá)到了12%。但數(shù)字背后的另一個(gè)事實(shí)是這些復(fù)材的原材料都還是來(lái)自國(guó)外。所以,在未來(lái)的CR929上,中國(guó)商飛表示在使用進(jìn)口原材料的同時(shí)也將使用國(guó)產(chǎn)材料,“將國(guó)產(chǎn)材料納入到了整個(gè)研制過(guò)程中”。
不過(guò),相較于國(guó)外航空復(fù)材上萬(wàn)噸的年產(chǎn)量,我國(guó)航空復(fù)材產(chǎn)量規(guī)模偏小,尚未進(jìn)入大批量的工業(yè)化生產(chǎn)階段。對(duì)此,與會(huì)相關(guān)專家都在強(qiáng)調(diào),工藝性能、PCD文件(“材料生產(chǎn)過(guò)程控制文件”)是國(guó)產(chǎn)航空復(fù)材能否邁過(guò)工業(yè)化批產(chǎn)這一關(guān)的關(guān)鍵所在。否則會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量穩(wěn)定性不佳(表現(xiàn)為不同批次材料成分或性能波動(dòng)較大、報(bào)廢率高、生產(chǎn)效率不高、加工成本上漲乃至是無(wú)法裝機(jī)應(yīng)用等)。有專家指出“一些國(guó)產(chǎn)航空材料獲得了批準(zhǔn),但PCD準(zhǔn)備上不夠或是推廣的不好,產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差”。
可見(jiàn),一款航空復(fù)材的成功,不單單是在實(shí)驗(yàn)室階段有著出色的性能參數(shù)和獲得認(rèn)證批復(fù),還要看當(dāng)它的“工藝性能”,在進(jìn)入到批量工業(yè)化生產(chǎn)階段后能否有著各批次的質(zhì)量穩(wěn)定,同時(shí)還兼顧了生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等。
“打造復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈”
對(duì)于我國(guó)航空制造業(yè)來(lái)說(shuō),在航材領(lǐng)域的目標(biāo)不單單是國(guó)產(chǎn)航空復(fù)材的大批量工業(yè)化生產(chǎn),還在于“打造復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈”,培育形成全產(chǎn)業(yè)鏈上下游的核心供應(yīng)商,包含材料的供應(yīng)商、原材料的供應(yīng)商和工藝材料的供應(yīng)商等,它們的材料要覆蓋主要材料規(guī)格,質(zhì)量持續(xù)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定、嚴(yán)格遵循認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
這些材料既包括復(fù)材核心的T300級(jí)的碳纖維、T800級(jí)碳纖維、玻璃纖維等,也包括復(fù)材制造過(guò)程中所需的工藝材料、輔助材料等。
此外,還有這條產(chǎn)業(yè)鏈中尤為重要的一環(huán)——設(shè)備供應(yīng)商,包括生產(chǎn)設(shè)備、鋪貼設(shè)備、成型設(shè)備、加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等。目前相關(guān)的關(guān)鍵性國(guó)產(chǎn)設(shè)備正經(jīng)歷從“解決有無(wú)”到“好用與否”的蛻變,而這也是制造商與國(guó)產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商間的緊密協(xié)同、“雙向奔赴”、不斷迭代的過(guò)程。
展望未來(lái),隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備的“蛻變”日臻完善,國(guó)產(chǎn)航空復(fù)材的產(chǎn)量不斷提升并更大范圍地使用,將給國(guó)產(chǎn)軍民機(jī)帶來(lái)性能與經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)。
如何實(shí)現(xiàn)“國(guó)產(chǎn)化”?
但這樣的“國(guó)產(chǎn)化”之路絕非坦途,要直面前方坎坷,沖破技術(shù)迷霧,不斷攻克一個(gè)個(gè)難題和挑戰(zhàn),不斷向前不斷取得新的突破。
這其中既包括我國(guó)民機(jī)在復(fù)材、增材制造上的應(yīng)用相較于波音、空客還有不小差距,也包括技術(shù)領(lǐng)域與一流之間對(duì)標(biāo)時(shí),在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵工藝技術(shù)、高端裝備、核心元器件、商用軟件和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等多方面存在的差距與短板。
而這樣的前路,又將是不斷超越自我的求索之路,不斷向前、不斷拓展邊界。需要我們不斷增強(qiáng)對(duì)材料的認(rèn)識(shí)、認(rèn)識(shí)它的特性與缺憾,不斷挖掘性能潛力,并梳理創(chuàng)立與之配套的一系列規(guī)范、準(zhǔn)則、要求、標(biāo)準(zhǔn)和體系等。
特別是相比于業(yè)界對(duì)鋁、鈦等傳統(tǒng)航空材料特性、工藝、缺陷等方面的相對(duì)全面了解,不論中外對(duì)復(fù)合材料、增材制造都還有著太多未知和迷霧,都需要大量的基礎(chǔ)研究、更進(jìn)一步的科研來(lái)“掌握它的缺陷”。由此才能最大限度地釋放出新一代航空材料、制造工藝對(duì)航空技術(shù)的強(qiáng)大推動(dòng)力。
放眼我國(guó)航空材料、航空制造技術(shù)的前路,是追趕、是超越、是求索、是創(chuàng)新,這是我國(guó)航空制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。前路雖“道阻且長(zhǎng)”,但“道阻且長(zhǎng),行則將至;行而不輟,未來(lái)可期?!?/span>
來(lái)源:賢集網(wǎng)
關(guān)鍵詞:#氧化鋁纖維 #東珩國(guó)纖 #氧化鋁連續(xù)纖維 #氧化鋁纖維氈 #氧化鋁纖維毯 #氧化鋁纖維紙 #耐火材料 #隔熱材料