飞机各部位构件的材料组成有哪些

安-70是俄罗斯和乌克兰联合研制的中程军用运输机。由于它采用了一系列先进技术,具有良好的使用性和经济性,已被公认是目前世界上较先进军用运输机之一。不过,安-70的发展道路并不平坦。在它的研制过程中,曾经历了苏联解体,合作谈判和经济困扰,两架原型机都曾发生过严重事故,再加上俄乌两国国内的原因和微妙的国际关系变化所带来的影响,每前进一步似乎都很艰难。那么安-70能否浴火新生、顺利发展不仅已引起俄乌两国的高度重视――被列为优先发展项目,同时也受到了世人关注。本文从不同角度,对安-70进行了较为全面的介绍。

坎坷的发展之路

从80年代初期开始,也就是世界各国第四代军用运输机装备部队之后,美国、西欧都紧锣密鼓地开始了第五代军用运输机的研究工作,如美国的C-17A“环球霸王III”,欧洲的未来大型飞机计划(即FLA,其前身为FIMA计划)。前苏联也不甘落后,于1988年开始着手研制其新一代战役战术运输机安-70,以代替日益老旧的安-12战术运输机,与伊尔-76飞机配合使用,最终将其取而代之。

腊哗战争实践证明,在快速增援和兵力部署的行动中,军用运输机能不能发挥作用,能发挥多大作用,并完全取决于运输机的大小,而且与飞机本身的使用条件和环境有关。如美国的C-5“银河”和前苏联的安-124,前者最大载重量120吨,后者250吨,都是大型或超大型运输机。正是由于飞机大,对起落场地的要求也高,使用会受到限制,如果机场条件好,大型运输机的一次运输量就很大,运输效率自然高。但是,如果机场条件不允许大型运输机起降,它的作用就发挥不了。而对于中小型运输机来说,虽然载重量相对较小,但对机场的要求也低,使用更加灵活,运输量的问题可以通过增加飞机数量或飞行架次来弥补。因此,新一代军用运输机各国都选择了载重量适当的战术运输机,而不是大型战略运输机。

考虑到未来作战环境与需要,各国对新一代军用运输机提出了很高的技战术要求。如美、欧提出的要求是,有出色的起降性能,能在距离短、未经铺筑的土质跑道上起降能够在距前沿不远的小型野战机场调动使用地面维护要大大简化载重量大,航程远采用先进的航空电子设备,能够全天候全地域使用机组人数缩减到2～3人。前苏联给安-70定下的指标是,要能够运输陆军部队所有类型的机动装备,速度快,经济性好,能够在低等级水泥跑道和长600～900米的土质跑道上伍野起降,在载重20～35吨的前提下航程达到1450～3000公里。

设在乌克兰基辅的安东诺夫设计局(现称安东诺夫航空科技综合体)自1945年成立以来,就以研制运输机,尤其以研制大型货轮橘行运机而著称,如安-124“鲁斯兰”大型运输机和能搭载“暴风雪”号航天飞机的超大型运输机安-225就是该设计局的产品,所以研制安-70任务也就很自然地落到了安东诺夫设计局,但是由于当时苏联航空企业的分布原因,该机有80%的配套部件是在现俄罗斯境内的航空企业设计生产的。前苏联解体后,安-70就成了俄乌两国的合作研制项目,乌兹别克斯坦也参与了部分工作,研制出来的飞机除了将装备俄乌两国外,还将用于独联体其它国家的空军。近年来,在独联体国家军机订货锐减的形势下,俄乌两国根据“以外养内”的原则,希望靠安-70优异的性能和相对低廉的价格打入国际市场,在世界军机市场上与西方一争短长。

愿望与现实往往是存在差距的。按照参与研制的工作量大小,俄罗斯应提供80%的经费,乌克兰提供剩下的20%,但是由于俄乌两国经济都不景气,军费不足,研制安-70的启动经费几乎都是由安东诺夫设计局自己筹集的。1993年6月,乌克兰总理库奇马和俄罗斯前总理切尔诺梅尔金最终签订了联合研制和生产安-70的协议。1994年1月20日,安-70的第一架原型机出厂,同年12月16日在基辅进行了首飞。紧接着不幸的事就发生了,1995年1月10日,第一架安-70原型机在试飞中与伴飞的安-72飞机相撞坠毁,机组人员全部遇难,导致安-70研制计划一度中断。后经过各方努力,在两年之后,即1996年12月,第二架安-70原型机出厂,试飞也于1997年4月22日得以恢复。从1997年开始的4年间,安-70在各种气候和地域条件下完成了大量的试飞科目,结果证明安-70的总体设计是成功的,所测性能也都达到了设计要求。在这一期间,安-70多次参加国际性展览,并进行飞行表演,如1997年夏的莫斯科航展、1998年5月的柏林航展和2000年11月的中国珠海航展等。通过这些国际性的展示和表演活动,无疑起到了良好的宣传效果,给人们留下了良好的印象。

由于安-70是合作研制的,关于它的所有权问题俄乌一直存在分歧。直到1999年5月,俄乌两国经过艰难的谈判终于达成协议:安-70项目归属于1995年10月组建的“中程运输机”国际制造联合企业拥有,俄乌两国政府各持13%的股份,其余股份则按照参与程度分配给各航空企业和商业机构。“中程运输机”国际制造联合企业全权负责安-70的研制、销售、租赁、使用维护及售后服务等事务。该协议的达成不仅有利于安-70项目能够得到俄乌两国国防部可靠的财政拨款和支持,而且可保证得到俄乌两国军方的订货。此外,俄乌两国航空工业的这种联合,有利于与西方进行竞争。俄乌两国还决定,将一些退役的军用运输机租赁给该制造联合企业使用,所获资金用于安-70的研制,作为俄乌国防部购买股份和冲抵其拖欠安-70项目的拨款。

2000年4月3日,俄乌两国空军总司令签署命令,从2000年5月起俄罗斯开始全面参与试飞,与乌克兰联合进行安-70的国家试飞和型号取证工作。安-70项目也由此加快了进度,截至2000年底已进行了250多次试飞。

厄运又一次降临

就在加快安-70的发展进程时,厄运又一次降临。在顺利完成第一阶段试飞计划之后,安-70安装了约一吨重的监测设备,计划从乌克兰基辅转场到俄罗斯雅库茨克进行低温条件下的飞行科目试验。2001年1月26日,当地半夜时分,这架安-70中途在鄂木斯克降落,进行补充加油。27日清晨,在添加了38吨航空煤油,并进行了必要的飞行前准备之后,飞机从鄂木斯克机场起飞。但是谁也有料到,飞机一起飞,右内侧发动机故障灯开始报警二三十秒钟后,左外侧发动机又突然空中停车。此时,飞机仅爬升到约40米的高度,刚刚飞出跑道区。在这种情况下,除了紧急迫降别无它法。轰隆一声,飞机栽到离机场不远的一片白皑皑的雪地上。幸运的是鄂木斯克当时的降雪量是往年的近3倍,附近空地上雪层厚度达一米多,再加上安-70偏离了起飞航线,这两个因素帮助它避免了同混凝土防护栏杆和硬邦邦的冻土地面直接撞击,油箱没有爆炸,机上33名工作人员虽有伤者,但无一死亡。第二天,电视画面上向人们展示了严重受损的飞机:肚皮开裂,机身下部严重变形,机翼后部的机身出现大面积的裂纹,发动机的螺桨风扇和外机翼也严重受损。这是安-70的第二架原型机,是当时仅有的一架飞机。

消息不胫而走,甚至有传言说安-70项目可能就此告吹,但是俄乌两国政府立即否定了这些猜测。俄罗斯副总理克列巴诺夫在事故发生后宣布:俄乌两国联合研制生产的安-70运输机,在任何情况下都不会终止。安-70运输机是目前世界上最有前景的运输机之一,必须加快发展。参与项目的俄乌两国专家们也都认为,事故对于俄罗斯和乌克兰来说都是一件不好的事情,但安-70还“活着”,它的研制生产不会受这次事故的影响。

事故发生当天,俄罗斯方面就组成了以俄罗斯航空航天局、民用航空器发展管理局局长为首的国家调查组,调查组成员有国防部国家试飞中心、各主要飞机设计局、研究所、试飞院的专家和与安-70飞机研制有关的公司厂商、发动机、机载设备及机载系统厂家的代表。乌克兰也马上派出了以安东诺夫航空综合体总经理为首,由55名专家组成的事故调查组。两国调查组立即展开了工作。关于事故的原因,调查前主要有三种说法:发动机故障燃油结晶和人为破坏。3月15日,两国联合调查组在基辅宣布:这次事故是由发动机故障造成的。原来,安-70起飞后,第三台发动机(右内侧发动机)螺桨风扇发生超转,发动机的电子控制装置马上自动将发动机关闭,而此时发动机螺桨风扇的后排桨叶还没有来得及顺桨,从而导致发动机上向桨叶桨距控制机构输送滑油的管路损坏。由于后排桨叶还在继续旋转,形成了大约5吨的负拉力。飞行员自然相应加大了其它三台发动机的功率,此时,由于自由涡轮转速传感器工作不稳定,发动机的自动控制装置自动关闭了左外侧发动机。在存在较大负拉力和由于未能顺桨造成桨叶后部的机翼部分出现失速的情况下,飞机在低速状态不可能依靠两台发动机继续飞行。飞行员当时作出的迫降决定是正确的。

2001年2月底,出事飞机分几个部分运到俄罗斯鄂木斯克一个名为“飞行”航空航天联合企业厂房,开始进行修复。由于安-70的机身受到的损坏并不是非常大,而且机上的主要部件大多都是好的,所以最后只花费了200多万美元就将飞机恢复到了可飞行状态。2001年6月5日,修复后的安-70在鄂木斯克重上蓝天,并于6月6日参加了“鄂木斯克-2001”国际陆军武器装备及技术展。两天之后,安-70转场到基辅,试飞工作全面恢复。2001年8月,安-70参加了2001年莫斯科航展,并进行了精彩的飞行表演。

目前,正在研究用基辅航空制造厂内现有的原第一架安-70原型机的机身来生产第三架样机,以加快安-70的发展步伐,争取早日投入批生产。按照安-70项目的研制计划规定,总共要进行780次试飞,目前大部分科目已经完成,如果不出现意外,安-70的试飞最迟将于2002年结束。

先进的技术性能

安-70最大载重47吨,其标准运输任务是携带20～35吨的物资、或300名携带随身武器的士兵、或206名伤病员,从简易机场起飞,以750公里/小时的巡航速度飞行,航程可达到3800～7400公里。这个航程足以从英国本土飞到沙特阿拉伯,或从澳大利亚飞到大部分南太平洋地区。由于在飞行性能、使用条件等方面,军方对安-70提出了近乎苛刻的要求,这就决定了用传统的方法和技术是无法达到的,必须采用以前在研制运输机时没有实践过的新设计方案和最新的航空技术。

如在飞机动力方面,安-70采用了涡轮螺旋桨风扇发动机(简称桨扇发动机)就是最突出的例证。世界航空发达国家从70年代中期就开始研制(如美国通用电气公司和普惠-艾利逊公司就试验过这种发动机),但由于一些无法解决的技术问题,它们至今没有一架桨扇发动机飞机投入使用。安-70是世界上第一种成功使用桨扇发动机的飞机。这种发动机集涡桨发动机的高经济性和以前只有涡扇发动机才能达到的高速度性能等优点于一身。安-70所装的四台Д-27桨扇发动机,单台功率可达到 14000马力,是由乌克兰扎巴罗热“进步”发动机设计局、俄罗斯中央巴拉诺夫航空发动机制造研究所和茹科夫斯基空气流体动力学研究所联合研制的。发动机的燃油消耗率极低,在巡航状态下只有130克/马力・小时,以最大巡航速度飞行时,其油耗与现代运输机上使用的涡喷发动机相比要节约20%至30%。与Д-27发动机匹配的СВ-27同轴对转螺桨风扇由全复合材料制成,直径45米。每副螺桨风扇由同轴串在一起、转向相反的两个螺桨风扇组成,前面一个8片桨叶,后面一个6片桨叶。这种设计可以有效延缓气流分离(桨叶失速),且噪音小,其推进效率高达90%。桨叶成半圆形,展弦比小,厚度薄,呈后掠形,能够有效延缓桨尖出现激波。虽然СВ-27螺桨风扇的桨盘直径只有普通螺旋桨的一半,但其功率载荷是现代高效螺旋桨功率载荷的5倍。

安-70的机体结构采用铝合金、先进的铝锂合金以及钛合金紧固件。为了减轻机体结构重量,还大量采用了复合材料,如前缘缝翼、襟翼、阻流片、水平尾翼、垂直尾翼、副翼、整流罩、舱门和各种大小口盖均由复合材料制成。复合材料的使用量占机体结构重量的25%。由于大量使用先进工艺和材料,安-70的很多部件的制造过程,有80%可实现自动化加工,大大提高了效率,劳动成本可降低50%。

安-70的空气动力布局是俄罗斯中央空气流体动力学研究所和安东诺夫设计局专家共同智慧的结晶。安-70采用大展弦比、中等后掠角、加厚超临界翼型的上单翼设计,翼展4406米,宽机身,低平尾,高垂尾,前三点起落架。它的飞行速度与现代先进的涡扇运输机接近,巡航速度为M068,在执行远程运输任务时可超过M07,执行短程运输任务时可达到M08。其巡航速度比安-12和美国的C-130及C160高出30%。

安-70机翼除了装有常规的前缘缝翼外,还有高效的双开缝后缘襟翼,能够充分利用螺桨风扇产生的高压滑流,起到增升作用。在襟翼放下35度,时速低于148公里时升力系数仍然可达56,而且依然可以保证良好的操纵性。由于安-70空气动力性能出色,再加上高效的发动机使其具有优良的起降性能:它满载47吨时可以无任何限制地在独联体国家现有的近70%的机场起降在执行标准运输任务时,独联体国家内可供安-70使用的机场数则增加到80%。根据计算,安-70在载重20～35吨时可以从600～900米长的低硬度土质跑道上起飞,航程仍然可以达到1450～3000公里在载重47吨(相当于机载一辆Т-80坦克)时可从1800米长的跑道上起飞。

安-70的起落架为前三点式。前起落架为双轮。小车式主起落架位于机翼下方机身两侧的底部,各由三组并列的双轮前后排列而成,共计12个主机轮。它们可有效地降低飞机着陆时对跑道的压力,其机轮对地面的压力仅为美国C-130运输机的1/3。

依靠其机载系统和设备以及飞机本身自带的装卸设备,安-70可以在无设备支持的机场独立使用30个昼夜。由于安-70具有较高的适应性,从而提高了飞机的运输效率和部队的机动作战能力。

先进的结构设计,可使安-70飞机的年平均飞行时间超过3000小时。其技术维护也采用“视情维护”的模式,所以单位技术维护量大大减少,为8～10人・时/飞行小时,比安-12的维护量减少了60%。

安-70的节油效果也是显著的,具有良好的使用经济性。它的燃油效率要比安-12和洛克希德的C-130“大力神”战术涡桨运输机高60%至80%。与伊尔-76相比,安-70能够运输的货物种类更多,燃油效率更高(单位消耗量少23%),维护时间和费用更低。与波音707这一类早期的喷气运输机相比,节油率可达60%。由此可见,安-70的使用经济性非同一般。

对于军用运输机来说,载重量与货舱大小的综合考虑也是非常重要的,因为它影响着军用运输机所能运载装备的种类和数量。近年来,世界各种军用车辆的发展趋势是想方设法提高其运载能力、加强防护、提高机动性与火力,因此车辆的重量和体积也呈增长趋势。这就要求军用运输机的载重量和货舱尺寸要能满足这一要求。安-70在设计中就充分考虑到了这一发展趋势。安-70采用长4025米的宽机身和长219米、宽4米、高41米的大货舱设计,其容积约为安-12和C-130飞机的3倍,因此有些C-130运不了的大型设备它能运载。其气密性货舱内可以容装独联体和北约国家几乎所有的陆军装备和武器,而安-12只能装载其中的14%。例如象 M2/M3“布雷特利”战车一样的大型车辆,不需分解便可装在安-70的货舱内。任何改型的MIO9SP型榴弹炮、2S6M机动炮、SA-11型导弹发射车等均可装进安-70货舱内。大型战略运输机安-124所能装载大型货物种类的20%它也能够载运。

机上装有运输设备和货舱地板高度调整系统,可以主动装卸任何货物,包括ISO国际标准集装箱。货舱内设有四台总起重量达12吨的电动吊车和两台电动绞车。飞机尾部的大货舱门由液压控制,放下后成为货桥,吊车和绞车即可自动装卸货物。利用地板上的货物输送滚轮,可以空投20吨重的货物。舱内也可方便地进行改装,经改装后除了装载货物外,还可分两层载运300名空降兵。安-70的商用型――安-70Т的货舱内,既可以使用ПА-56刚性空运货盘,也可以使用ПА-3、ПА-4和ПА-68型柔性空运货盘运输货物,还可以装载УАК-25、УАК-5和УАК-10以及国际通用标准集装箱。

安-70采用双人制驾驶舱,机载设备先进。机上的激光陀螺导航设备,无线电设备及飞行控制计算机能保证飞机在二三类条件下正常起降。机上设备之间的连接还采用了美国的数字式多路数据接口,它不仅可使飞机导线的长度和连接工作量减少70%,而且可减少导线重量40%,还便于进行加、改装及用户选用西方的电子设备。机上装备的数字式综合机载设备,自动化程度高,共有50多个信息处理器,可自动收集飞机各系统和设备传来的信息和数据,进行处理后立即传送并显示到驾驶舱内的6个数字式大型彩色显示器、4个辅助显示器以及平视显示器上,大大减轻了飞行员的负荷。驾驶盘式电传液压操纵系统有3个数字通道和6个模拟通道。这一切使飞行员的驾驶变得更为方便和舒适。

先进的机载电子设备可保证安-70全天候在所有纬度地区执行任务。机上装备的电子对抗设备和主、被动防御系统,能够使飞机减少和避免地面防空手段的攻击。安-70装备的БАСК-70飞机状态监测系统(这是一个智能系统),与飞机所有功能系统交换信息数据的数字通道相连,能对在飞行中接收到的众多参数进行连续处理,之后将必要的信息及时传送到显示器上。在飞行后,地面维护人员也可借助于该系统的数据和信息,为下次飞行做有重点和针对性的准备工作。

充满变数的前景

作为高性能的中程军用运输机,安-70不仅可以充当空投平台和运送重型设备和人员,以安-70为基础还可以发展新的型别,拓宽它的使用范围。比如经改装后作为民用运输机使用,它的优点可能会得到更大程度的发挥。

据介绍,安-70可算得上是独联体国家第一个国家间合作的大型航空项目,已经并将有萨马拉、鄂木斯克、圣彼得堡、乌法等城市的100多家俄罗斯企业和不少于20家的乌克兰企业参与该项目。研制生产安-70已被列为俄乌两国航空工业发展的优先项目之一,截至2001年8月,俄罗斯已经为安-70项目投入了3亿多美元。安-70项目的成功实施也会给两国航空工业保留和创造近10万个就业机会。

为了吸引资金和争取订单,从1998年开始,俄乌两国建议欧洲国家与其合作,生产一种以安-70为基础的适合欧洲国家使用的新型短距起降中型军用运输机安-7Х。因为实现这项建议可以减少欧洲国家数十亿美元的研制费用,并降低技术风险,因为欧洲公司不象安东诺夫综合体那样具有丰富的研制和生产大型运输机的经验。生产这种以安-70为基础的飞机不需要重组研制班子,总装可以在欧洲和俄乌进行。西方要研制同样的运输机至少要花费60～80亿美元,与俄乌合作研制将可大大降低其研制费用。无疑,安-70飞机本身是非常好的,它几乎所有的性能指标都符合前面提到的FLA计划。早在1999年7月德国军方的装备部门,在进行调研后就曾得出过结论:安-7X符合德国军方对未来军用运输机的技战术要求,西欧联合研制的飞机要超越它是不太现实的,而且它的价格将在1亿马克之内,比欧洲自己研制生产的未来运输机要便宜30%。德国曾在2000年希望退出FLA计划,并已开始同俄乌两国就“参加安-7X飞机的设计,并购买75架,以替代德国空军老化的军用运输机”的问题进行了谈判。这一意向得到了普京总统的支持。2000年6月16日,他在德国进行正式访问时对德国企业的主要代表们表示,希望实施在俄乌合作的安-70基础上与德国共同生产军用运输机的方案。但是欧洲国家都不想让出这个总额将超过300亿马克的未来市场。最后由于其他欧洲国家对柏林施压,使德国方面被迫在这一问题上放弃了同俄乌的合作。英国、法国和其他的北约国家1999年成立了欧洲航空防务与航天公司,该公司已开始研制自己的中程运输机A400M。该机将由欧洲航空工业制造联合企业空中客车工业公司来生产,相当一部分资金由欧洲航空防务与航天公司来提供。但欧洲人的困难在于,被他们称为“伙伴”的这架飞机,目前只是停留在图纸上,最早也要在7年之后才能制造完成。俄乌两国对这件事情的反应却很平静,因为安-70最初就是从自己研制、自己生产、自己装备来考虑的。此外,与德国同行的谈判也有一定的好处,增强了俄乌对安-70竞争力的信心,正如“中程运输机”制造联合企业总经理所说:我们已经证明,可以生产出具有竞争力的运输机,正如德国专家们所指出的,这种飞机具有极具诱惑力的经济特征。

目前,俄乌两国已经宣布:安-70是一个开放型的研制项目,任何有兴趣参与研制和采购的国家在任何时间都可以进行谈判。目前许多将退役C-130和C160运输机及准备装备新型军用运输机的国家,包括许多亚洲国家都对参与安-70的研制表现出了极大的兴趣。

乌克兰和俄罗斯政府分别于2000年10月12日和12月4日签署了文件,要求安-70将从2002年以后开始批生产,分别在乌克兰的基辅航空制造厂和俄罗斯的萨马拉航空制造厂或其它航空制造企业进行。根据俄乌两国1993年签署的协议,俄罗斯和乌克兰军方将共采购300架。2001年4月2日,乌克兰国防部已为乌克兰空军订购了首批5架安-70,而俄军的安-12运输机到2005年将全部到寿命,急需更换新机,随着俄罗斯经济的恢复和国防预算的增加,未来将逐步增加采购数量。

安-70参加了一系列的国际航展,已经成为国际军机市场竞争中的一个潜在对手。基本配置的安-70售价约为5000万美元,而西方的类似运输机则要花费9500～11800万美元。根据俄乌两国的预测,安-70以其出色的性能和价格优势在世界武器市场及民用运输机市场上将是有竞争力,而在未来20年间,国际市场对安-70的需求可能达到1000架。

基于此种预测和考虑,安-70将以短距起降军用运输型为基础,然后发展空中指挥/预警型、海洋巡逻型、空中加油型和搜救型(安-70ПС)等。在民用方面,安-70的发展潜力也很大,如安-70T、T-100、TK都是已经提出的民用运输型或客货两用型。此外,它还可以改装НК-93或CFM56-5C4涡扇发动机,以满足出口的需要。

当然,在安-70的第一种生产型还没有问世之前就谈发展型有点为时过早,这些型别有些还只是一种设想,实现起来尚需时日。

同时还需要指出的是,安-70将来的发展也面临着许多困难和变数。发生在今年的这次飞行事故给安-70的声誉造成了一定的影响,也给其市场推广带来困难,特别是对安-70的民用型安-70 T的发展更为不利,估计在2004年之前安-70 T不太可能投入批生产。排挤俄制航空产品的西方竞争者更会以此为靶子,大做文章,例如法国就以飞行安全为由拒绝安-70在2001年的巴黎航展上做飞行表演就是一个例证。此外,到现在为止,俄罗斯国内进行安-70批生产的厂家和提供Д-27桨扇发动机的企业还没有最终确定。而且安-70项目还要面临俄罗斯其它飞机发展计划的竞争和挑战,如伊尔-76МФ(加长改进型)和图-330等。目前,有意购买安-70的发展中国家,在近几年内,由于经济等原因也不会有大量订货。总之,在安-70的研制过程中已经历了太多的坎坷,俄乌两国各方能否克服目前的困难,给予更大的支持,以促进其早日问世,我们将拭目以待。

责任编辑: 思 空 ■

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目前市场上紧固件主要有碳钢、不锈钢、铜三类材料。 目前紧固件材质分类的字母缩写是没有规范的，对于实际应用来说，最好要落实到具体材料牌号。请在网上查阅对神毕应的金属材料国家标准。

（一）碳钢。我们以碳钢料中碳的游搭芹含量区分低碳钢，中碳钢和高碳钢以及合金钢。

1、低碳钢C%≤025% 国内通常称为A3钢。国外基本称为1008，1015，1018，1022等。主要用于48级螺栓及4级螺母、小螺丝等无硬度要求的产品。（注：钻尾钉主要用1022材料。）

2、中碳钢025%<C%<SPAN>≤045% 国内通常称为35号、45号钢，国外基本称为1035，CH38F，1039，40ACR等。主要用于8级螺母、88级螺栓及88级内六角产品。

3、高碳钢C%>045%。目前市场上基本没使用

4、合金钢：在普碳钢中加入合金元素，增加钢材的一些特殊性能：如35、40铬钼、SCM435，10B38。芳生螺丝主要使用SCM435铬钼合金钢，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。

（二）不锈钢。性能等级：45，50，60，70，80

主要分奥氏体（18%Cr、8%Ni）耐热性好，耐腐蚀性好，可焊性好。A1，A2，A4

马氏体、13%Cr耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好。C1，C2，C4铁素体不锈钢。18%Cr镦锻性较好，耐腐蚀性强于马枝辩氏体。目前市场上进口材料主要是日本产品。按级别主要分SUS302、SUS304、SUS316。

（三）铜。常用材料为黄铜…锌铜合金。市场上主要用H62、H65、H68铜做标准件

复合材料在飞机上的应用

        随着复合材料制造技术的发展，复合材料在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。复合材料在飞机上的应用趋势有如下几点：

（1）复合材料在飞机上的用量日益增多。

       复合材料的用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比来表示，世界上各大航空制造公司在复合材料用量方面都呈现增长的趋势。最有代表性的是空客公司的A380客机和后续的A350飞机以及波音公司的B787飞机。A380上复合材料用量约30t。B787复合材料用量达到50%。而A350飞机复合材料用纳码量更是达到了创纪录的52%。复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势，近几年得到迅速发展的无人机更是将复合材料用量推向更高水平。

（2）应用部位由次承力结构向主承力结构发展。

        最初采用复合材料制造的是飞机的舱门、整流罩、安定答茄察面等次承力结构。目前，复合材料已经广泛应用于机身、机翼等主承力结构。主承载部位大量应用复合材料使飞机的性能得到大幅度提升，由此带来的经济效益非常显著，也推动了复合材料的发展。

（3）在复杂外形结构上的应用愈来愈广泛。

       飞机上用复合材料制造的复杂曲面制件也越来越多，如A380和B787飞机上的机身段，球面后压力隔框等，均采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。

（4）复合材料构件的复杂性大幅度增加，大型整体、共固化成型成为主流。

        在飞机上大量采用复合材料的最直接的效果是减重，复合材料制件采用共固化、整体成型技术，能够成型大型整体部件，明显减少零件、紧固件和模具的数量，减少零件装配，从而有效地降低制造成本。

（5）复合材料的制造手段和先进专用设备得到迅速发展和广泛应用。

        传统的复合材料制造技术自动化程度低，复合材料制件的质量不稳定，分散性大，可靠性差，生产成本居高不下，无法生产大型和复杂的复合材料制件。飞机结构尺寸的不断增加使大尺寸复合材料制件的制造工艺变得极为重要。

        近年来，出现了各种各样的自动化程度较高的制造技术，如纤维铺放、树脂膜转移成型/渗透成型、电子束固化等技术。随之研制并得以工业化应用的先进、高效、低成本专用设备也层出不穷，如三维编织机、全自动铺带设备和丝束铺放设备等。这些高效自动化设备显著提高了复合材料生产效率和制件内部质量，降低了成本，使复合材料性能最优化和低成本并存成为可能。

复合材料制造工艺及主要设备

        复合材料成型是一个比较复杂的过程。随着各种新工艺、新技术的涌现，复合材料制造工艺已成为复合材料加工制造的关键，涵盖的技术面广、技术含量高，涉及的成本份额占总成本的80%以上。

      根据用途、批量、市场等要求的不同，航空航天用复合材料产品的成型工艺采用了手工铺层、半自动成型、全自动成型以及液体成型等技术。下面就生产中主要涉及的工艺方法和主要设备加以重点说明。

（1）手工铺层。

      目前，手工铺层仍是被广泛使用的传统成型方法，甚至像B-2轰炸机以及一些通用飞机的制造也采用了大量的手工铺层工序。因为这些产品清茄的定货量往往是一位数，而质量要求很高。手工铺贴方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化，进行局部加强，嵌入接头用的金属加强片，形成加强筋和蜂窝夹芯区等。

目前，手工铺层使用了许多专用设备来控制和保证铺层的质量，如复合材料预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等，即采用专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割，从而将依赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文件进行全面运作的制造过程。

       手工铺层的缺点是要求铺层人员有很高的技艺和施工经验，手工铺贴费工费时，因此效率低、成本高（占总成本的1/4），难以适应大批量生产和大型复杂复合材料制件的生产要求。因此，在60年代初，在手工铺层复合材料实施几年之后，就开发了自动铺带（ATL）技术。

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即使在美国,人工铺带也仍然采用,这是美国 Liberty Aerospace的工人正在操作

（2）自动铺带（ATL）。

      自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带，其裁剪、定位、铺叠、辊压均采用数控技术自动完成，由自动铺带机实现。多轴龙门式机械臂完成铺带位置的自动控制，铺带头上装有预浸带输送和切割系统，根据待铺放工件边界轮廓自动完成预浸带的铺放和特定形状位置的切割。预浸带在加热状态时，在压辊的压力作用下铺叠到模具表面。

      自动铺带机根据铺放制件的几何特征可分为平面铺带和曲面铺带两类。随着自动铺带设备、编程、计算机软件、铺带技术以及材料的进一步发展，自动铺带的效率变得更高，性能更可靠，操作性更友好。与手工相比，先进铺带技术可降低制造成本的30%～50％，可成型超大尺寸和形状复杂的复合材料制件，而且质量稳定，缩短了铺层及装配时间，工件近净成型，切削加工及原材料耗费减少。目前，最先进的第五代铺带机是带有双超声切割刀和缝隙光学探测器的十轴铺带机，铺带宽度最大可达到300mm，生产效率可达到手工铺叠的数十倍。

      自动铺带机要成型复杂双曲率型面，需采用窄带，工作效率会降低，而一台铺带机的价格需要3～5百万美元，成本太高。由此，Hercules率先开发了自动丝束铺放（ATP）设备。

（3）自动丝束铺放（ATP）。

      自动丝束铺放技术结合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，铺束头把缠绕技术所用的不同预浸纱束独立输送和铺带技术所用的压实、切割、重送功能结合在一起，由铺束头将数根预浸纱束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带，然后铺放在芯模表面，铺放过程中加热软化预浸纱束并压实定型。

       与自动铺带相比，自动铺丝束技术可以成型更复杂的结构件，材料消耗率低，是自动化制造技术的顶峰，ATP设备对复合材料的重要性相当于铣床对金属材料结构的重要性。它是介于自动缠绕与自动铺带之间的一种铺层方法，特别适于复杂构件的制造。自动铺放技术的基础是铺放机的设计与开发。

       以美国辛辛那提机床公司Viper纤维铺放机系统为例。Viper纤维铺放系统将缠绕、特型铺带及计算机控制结合起来，自动生产需要大量手工铺层的复杂零件，从而缩短铺层及装配时间，由于工件近净成型，切削加工及原材料耗费减少。

沃特公司制造波音787的23%的机身，其中包括58m×7m的47段及43m×46m的48段，采用了来自辛辛那提公司的自动铺放机Viper6000。制造时，将东丽的3900系碳/环氧无纬带铺叠在大的筒形旋转模具上，模具由互锁的芯轴组成，筒形件铺成后放在232m×91m的、世界上体积最大的热压罐中固化。目前，自动丝束铺放机已可铺放窄带及宽带丝束。

预浸丝束/带的机器人自动铺放已成为高性能纤维增强复合材料结构的一种强力高效技术。它是机电装备技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的综合集成，包括：自动铺放装备技术、预浸丝束/带切割技术、铺放CAD技术、铺放CAM技术、预浸丝束/带技术、自动铺放工艺技术、铺放质量控制、模具技术、成本分析及控制和一体化协同数字化设计技术等，具有高效率、高质量、高重复性和低成本等优点。

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Viper6000大型ATP机,代表了当今自动丝束铺放最高水平

（4）热压罐固化成型。

       热压罐固化成型是航空航天复合材料结构件传统的制造工艺，它有产品重复性好、纤维体积含量高、孔隙率低或无孔隙、力学性能可靠等优点。热压罐固化的缺点主要是耗能高以及运行成本高等。而目前大型复合材料构件必需在大型或超大型热压罐内固化，以保证制件的内部质量，因此热压罐的三维尺寸也在不断加大，以适应大尺寸复合材料制件的加工要求。目前，热压罐都采用先进的加热控温系统和计算机控制系统，能够有效地保证在罐内工作区域的温度分布均匀，保证复合材料制件的内部质量和批次稳定性，如准确的树脂含量、低或无空隙率和无内部其他缺陷。这也是热压罐一直沿用至今的主要原因。

（5）复合材料液体成型。

       复合材料液体成型已是十分普及的工艺，它是以树脂转移成型（RTM）为主体，包括各种派生的RTM技术，大约有25～30种之多，其中，RTM、真空辅助RTM（VARTM）、真空辅助树脂注射成型（VARI）、树脂膜熔浸成型（RFI）和树脂浸渍成形（SCRIMP）被称为RTM的5大主要成型工艺，也是目前应用最多的RTM工艺。

       RTM的优点是成品的损伤容限高，可成型精度高、孔隙率小的复杂构件及大型整体件。RTM成型的关键是，要有适当的增强预形件以及适当黏度的树脂或树脂膜。RTM要求树脂在注射温度下的黏度值低，第一代环氧树脂的粘度要求在500cps（05Pa·s）以下，以前对于较大尺寸的构件要求树脂黏度低于250cps（025Pa·s），RTM工艺的主要设备是各种树脂注射机和整体密闭型模具。

       随着新型增强材料结构的不断创新，编织技术和预成形体技术与RTM技术相结合，形成了新的工艺发展和应用方向。如采用三维编织技术将增强材料预制成3D结构，然后再与RTM工艺复合，也可将纤维织物通过缝纫或粘结的方法，直接预制成制件形状，再采用RTM工艺成型复合材料。

       例如，EADS军用飞机公司为B787后机身段制造的后压力隔框，它是一个半球形的整体隔框，插在增压的机身47段及非增压的48段及尾段之间，它是用VARTM制造的，尺寸大约为43m×46m，波音787是首架具有复合材料后压力隔框的飞机。该隔框的制造得益于Cytec公司的树脂熔渗膜系统。韧化的复合材料有顶级阻燃/烟/毒性能，可以取消防火层，从而比传统的树脂熔渗法制得的结构轻。而波音787机身的大部分隔框则采用了碳纤维树脂膜熔渗RFI技术制造，复合材料隔框用碳纤维复合材料抗剪箍连接在机身蒙皮上，由于设计及成本上的原因，少数部位仍采用钛合金及铝合金隔框。

（6）隔膜成型。

       隔膜成型原是一种为热塑性复合材料开发的成型工艺，后发现用于热固性复合材料具有很广泛的用途。它具有成型过程中纤维不易滑动、不易产生皱褶的特殊功效，非常适用于加工大型飞机机翼前梁的C形截面。在近年推出的A400M等大型飞机前梁C形截面中，已广泛采用了这种工艺方法。

       为成型出C形截面，预形件从铺带机上卸下送到由英国Aeroform公司提供的热包膜成型机设备上成型。为便于抽真空，预形件应夹在两个由俄亥俄州的杜邦电子技术公司提供的Kapton聚酰亚胺薄膜之间。薄膜之间抽真空，然后从零件上面进行红外加热，直到1h内将温度升到60℃。这样可以保证即使在梁根部的最厚截面中心，也可均匀加热到同一温度。然后缓缓对两薄膜间层合板加压，而在轻质模具上形成梁的内表面。这个C形截面可在30min内缓慢成型之后，去掉Kapton薄膜。

在欧洲推出的ALCAS计划中，这种成型方法已成为加工飞机前梁的一种典型工艺方法。

（7）复合材料制件加工、装配及无损检测。

       复合材料制件成型后，需要进行机械加工，包括外形尺寸加工、钻孔等，要求具有很高的加工质量。复合材料制件属于脆性各向异性材料，常规的加工方法不能满足复合材料加工质量要求。传统切割方式在加工纤维材料时具有以下缺点：切割速度慢、效率低；复合材料制件属于易变形材料，切割精度难以保证；在切割高韧性材料时，刀具和钻头等磨损快、损耗大；加工复合材料层合板时易发生分层破坏等。因此要求复合材料生产需配备大型自动化高压水切割机、超声切割设备和数控自动化钻孔系统等专用设备，以满足复合材料制件经加工后无分层磨损且符合装配尺寸精度的要求。

       大型机翼蒙皮层合板一般采用大型高压水切割机进行净形切割，世界上最大切割机的床身为36m×65m，由Flow International公司制造。这种磨粒喷水切割机可以快速切割厚的层合板而不致产生层合板过热，25mm厚的层合板可以067m/min速度切割，对6mm薄的层合板，切割速度可以高达3m/min，厚的蒙皮可以039m/min速度切割。

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       超声切割设备将超声振动能量加载在切割刀具上，可有效地分离纤维材料的边界，从而有效解决上述传统切割方法带来的问题。超声切割技术的切割质量优良，具有无毛刺、无刀具磨损、无碳化材料、切割力小、不易造成分层，切割速度快、精度高等特点。已经在国外航空企业内得到广泛的应用。

       随着飞机的金属结构逐渐向复合材料结构转移，复合材料制造的自动化显得日益重要。而自动化程度较高的装配技术尤其显得重要。复合材料的使用使飞机机体有可能采用大型整体结构件制造，如787最后总装只进行六大部件的对接，即前机身、中机身、后机身、机翼、水平安定面和垂直尾翼。这些整体大部件使装配过程中避免使用传统巨型工装，而更多地采用便携式工具。飞机结构件的移动不采用龙门吊车。

       柔性装配、自动钻铆等先进技术集成应用于复合材料大型部件的自动装配中。飞机柔性装配技术考虑作为装配对象的航空产品本身特征，基于飞机产品数字化定义，通过飞机柔性装配流程、数字化装配技术、装配工装设计、装配工艺优化、自动定位与控制技术、测量、精密钻孔、伺服控制、夹持等实现飞机零部件快速精确的定位和装配，可减少装配工装的种类和数量，提高装配效率和装配准确度，提高快速响应能力，缩短飞机装配周期，增强飞机快速研制能力。它是一种能适应快速研制、生产及低成本制造要求、满足设备和工装模块化可重组的先进装配技术。如B787的复合材料机翼结构件的移动采用了自动化导引车等柔性装配技术。

       自动钻铆机广泛应用于复合材料大型部件的自动装配，如A380机翼装配采用了自动化可移动钻孔设备。这些钻削设备与传统金属材料钻削设备的本质区别在于，为保持铆钉孔周围的结构完整性，要求钻孔时无分层，因此制孔一般要用硬质切削刀具，采用多步钻孔法。鉴于复合材料的制造方法不同，其可切削加工性也各异。例如，编织结构为“十”字形花样的织物，比单向排列的织物带易切削，后者的磨损力更大且易产生分层、钻孔时有纤维未切到的问题。因此，根据复合材料构件不同的成型方式，应选择不同的钻削参数、材料及形状的钻头。

意大利自动钻铆机

       复合材料制件无损检测设备主要需要配置大型超声C扫描设备和X光无损检测设备。此外，激光剪切摄影及激光超声检测也是主要发展方向。

       在超声检验技术方面最重要的进展之一是相控阵检验的开发。相控阵超声检验与传统超声检验相比，改进了探测的概率，并明显加快了检验速度。

       传统的超声检验要用许多个不同的探头来作综合性的体积分析，而相控阵检验用一个多元探头即可完成同样的结果。这是由于每一个元素探头可以进行电子扫描和电子聚焦，每一元素探头的启动有一个时间上的延迟。其结果是合成的超声束的入射角可加以变化，焦点深度也可以变化，这就是说体积检验的速度可以比传统法快得多。因为用传统法时，探头必须适时更换，而且必需多路传输才能得出不同的入射角和焦点深度。此外，相控阵探头可提供更宽的覆盖范围，从而比传统探头有更高的生产效率。

（8）复合材料数字化设计制造一体化。

       复合材料零件成型独特的工艺特点决定了它在设计制造方面与金属零件有很大差异，而且更加复杂。

复合材料构件数字化设计制造以复合材料设计/制造平台和附和材料数字化制造设备为软硬件基础。改变了传统复合材料的设计/制造方式，采用数字量形式对产品进行全面描述和数据传递，实现了设计与制造之间的无缝集成。

复合材料设计软件与现有CAD系统的集成为设计/制造复合材料构件提供了有力平台。包括初步设计、工程详细设计、制造详细设计和制造输出4个阶段。

       复合材料构件数字化制造过程包括预浸料下料、铺层铺放、固化等工序，目前复合材料构件数字化制造主要体现在预浸料自动下料、激光铺层定位和纤维自动铺放等方面。

       例如，在B787项目中复合材料构件均采用了FiberSIM软件进行数字化设计，将设计数据向全球伙伴发放，从而保证了复合材料构件数据的唯一性和准确性。由于B787大量采用数字化设计，因此其研发周期比B777缩短了3年。

复合材料构件数字化设计制造使实施并行工程成为可能，在设计早期阶段解决制造问题，大大减少了车间修改和重复工作。设  计和制造数据的无缝集成缩短了制造时间，减少了人工编程带来的误差，提高了构件质量。

结束语

       综上所述，随着复合材料在飞机上用量的递增，使复合材料制造业迅速成为飞机制造业的主要组成部分。今后飞机50%以上的结构件将由金属转为复合材料，复合材料制造将成为飞机制造的基本手段。复合材料制造工艺和专用设备是先进复合材料关键技术之一，值得我们投入大量的人力物力加以研发和应用。掌握了先进复合材料制造技术，就掌握了未来飞机的先进制造技术。