4 網(wǎng)格纏繞技術(shù)

復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)又稱為先進(jìn)格柵增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(AGS)，與已有的鋁合金格柵結(jié)構(gòu)相比，提高了結(jié)構(gòu)的比強(qiáng)度和比模量，大幅度提高了結(jié)構(gòu)效率，增加了有效載荷，同時(shí)增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力，而且可以利用自動(dòng)化制造方法降低成本，最為突出的是增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的靈活性，已成為制造復(fù)合材料高性能結(jié)構(gòu)件的新途徑和新方法。

先進(jìn)格柵增強(qiáng)結(jié)構(gòu)由于其突出的綜合性能優(yōu)勢而受到普遍重視,NASA Langley 研究中心的研究人員把先進(jìn)格柵增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù)列入未來航天結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的六大方向之一的低成本結(jié)構(gòu)技術(shù)之內(nèi)；美國空間實(shí)驗(yàn)室把AGS技術(shù)列為迎接未來空間系統(tǒng)技術(shù)挑戰(zhàn)的四大結(jié)構(gòu)技術(shù)之一, 并且指出了這項(xiàng)技術(shù)未來在航天器燃料儲(chǔ)箱、機(jī)身等大型復(fù)雜部件應(yīng)用的廣闊前景[10]。俄羅斯CRISMB 提出的應(yīng)用對象包括級間段、內(nèi)壓容器、有效載荷適配器、運(yùn)載飛船整流罩、飛機(jī)中機(jī)身艙段、翼盒、直升機(jī)垂尾梁、空間望遠(yuǎn)鏡鏡身以及建筑結(jié)構(gòu)等[11]。

目前，復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)一般采用手工鋪放成型工藝和濕法纏繞工藝。手工鋪放工藝需要加壓釜進(jìn)行固化，故其產(chǎn)品空隙含量低，纖維體積含量易于控制，但生產(chǎn)成本較高，成型過程中纖維張力不宜控制；濕法纏繞工藝成型過程中樹脂含量不易控制，制件纖維體積含量低，成型過程中廢料率高，但成本低，尤其是纖維張力易控制。航天材料及工藝研究所基于復(fù)合材料網(wǎng)格纏繞成型系統(tǒng)，開展了回轉(zhuǎn)體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)干法預(yù)浸絲自動(dòng)纏繞技術(shù)研究。根據(jù)柱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，解決了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)小角度纏繞成型的問題；根據(jù)纏繞成型試驗(yàn)的實(shí)際工況，對纏繞機(jī)張力系統(tǒng)及張力控制制度進(jìn)行了技術(shù)改造和工藝優(yōu)化；初步實(shí)現(xiàn)了柱形艙段矩形和三角形網(wǎng)格的自動(dòng)化纏繞成型，并對成型構(gòu)件的軸壓性能、筋條拉壓性能、網(wǎng)格筋條與蒙皮界面剪切性能、網(wǎng)格單元壓縮性能等進(jìn)行了評價(jià)研究。

5 自動(dòng)鋪絲技術(shù)

自動(dòng)鋪絲技術(shù)（纖維鋪放技術(shù)或自動(dòng)絲束鋪放成型技術(shù)）是在纖維纏繞技術(shù)和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種獨(dú)特的復(fù)合材料全自動(dòng)化成型技術(shù)。它融合了纖維纏繞成型中的預(yù)浸紗（窄帶）輸運(yùn)技術(shù)和自動(dòng)鋪帶成型中的壓力鋪放、切斷和重定位技術(shù)，使其具有更高的優(yōu)越性和適應(yīng)性。自動(dòng)鋪絲技術(shù)克服了纏繞技術(shù)“周期性、穩(wěn)定性和不架橋”和自動(dòng)鋪帶“自然路徑”的限制，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變角度鋪放和變帶寬鋪放[12-13]。因此，自動(dòng)鋪絲技術(shù)可用于復(fù)雜型面復(fù)合材料構(gòu)件的鋪放成型，并可以對鋪層進(jìn)行裁剪以滿足局部加厚/ 混雜、鋪層遞減及開口鋪層等多方面的需要，其典型應(yīng)用構(gòu)件有整流罩、燃料儲(chǔ)箱、進(jìn)氣道、機(jī)身等[14-18]。

目前，國內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)用材料體系、工藝應(yīng)用研究薄弱，尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。航天材料及工藝研究所、南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、航空制造工程研究所等單位已在此領(lǐng)域開展了相關(guān)研究，并對鋪絲成型工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究[13,19-20]。

航天材料及工藝研究所以典型曲面結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)鋪絲成型為應(yīng)用對象，開展了熱熔法預(yù)浸絲直接浸漬制備技術(shù)研究和熱熔法預(yù)浸絲分切制備技術(shù)研究，突破了自動(dòng)鋪絲用預(yù)浸絲分切技術(shù)；聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)單位開展大型臥式自動(dòng)鋪絲機(jī)研制及配套軟件開發(fā)，已完成了鋪絲機(jī)及關(guān)鍵部件鋪絲頭的設(shè)計(jì)工作。

結(jié)束語

新型航空航天器的先進(jìn)性標(biāo)志之一是結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性, 而先進(jìn)復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。我國大型復(fù)合材料制造技術(shù)現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了航天型號的順利研制，急需突破復(fù)合材料自動(dòng)成型技術(shù)中的材料、裝備、工藝等方面的重大、關(guān)鍵、共性技術(shù)，提升我國復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造水平。航天材料及工藝研究所以復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)的工程應(yīng)用為目標(biāo)，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，在復(fù)合材料自動(dòng)化成型領(lǐng)域取得了階段研究成果，部分研究成果已在型號生產(chǎn)中工程應(yīng)用，初步形成了涵蓋自動(dòng)下料與激光鋪層定位、自動(dòng)鋪帶、纖維纏繞、網(wǎng)格纏繞和自動(dòng)鋪絲等多種復(fù)合材料成型技術(shù)研究體系。

要以我國航天技術(shù)發(fā)展需求為牽引，以提高自身制造水平、工藝水平為目的，積極發(fā)展復(fù)合材料自動(dòng)化和數(shù)字化制造技術(shù)，形成集設(shè)計(jì)技術(shù)、材料技術(shù)、成形工藝、性能表征和質(zhì)量控制技術(shù)一體化的復(fù)合材料技術(shù)體系，進(jìn)一步提高大型復(fù)合材料構(gòu)件制造效率和質(zhì)量，推動(dòng)超大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，為航天型號的研制提供有力的技術(shù)支撐，提高國產(chǎn)高性能材料技術(shù)自主保障能力。