中航工业昌飞成功研制亚洲最大的复合材料桨叶

复合材料桨叶制造是一种集机加、钣金、表面处理、铆接装配、胶接装配、复合材料成型、静动平衡等多学科为一体的高技术含量复杂成型工艺。为解决复合材料桨叶制造过程中的难题,中航工业昌飞工程技术部复合材料桨叶研制团队成员面对技术经验匮乏的现状,从零开始,充分借鉴国内外厂家的先进经验,开展了大量的工艺探索,成功突破了桨叶配套零件定位、泡沫芯过盈量控制、成型压力和固化参数控制等诸多技术难题,成功研制出亚洲最大的复合材料桨叶。

高标准,为桨叶试制奠定基础

2005年,中航工业昌飞复合材料桨叶研制团队成立,团队成员主要由工程技术部、复合材料加工中心的专业人员组成。

直8型机大型复合材料桨叶是我国首次研制的国内乃至全亚洲最大的复材桨叶,完全由国内自主设计与制造,其研制技术起点高,跨度大。在一无资料,二无经验的基础上,团队首次承担制造工作,其难度可想而知。

直8大型复合材料主桨叶,其长度为8.5米,扭角变化大,这些特点造成了成型模压系统上模跨度大、模具厚度变化大等问题,这样的模具同步运动、温度均匀性很难保证。再加上零件为细长结构,模具与零件膨胀系数差异较大,从成型温度到室温的变化过程中,桨叶与模具伸长率不一样,这样会造成桨叶损伤或破坏。

工艺人员深知,桨叶成型压模是保证桨叶成型质量的关键因素,除了要保证型面的结构精度,解决模具材料与复合材料热膨胀匹配的问题,还要充分计算和分析模具油道的布置,以达到严格的温度均匀性要求。通过一次次对模具设计制造方案的充分讨论与研究,工艺人员成功解决了模具定位、油道布置以及深加工和热膨胀系统不一致的技术难题,为桨叶试制奠定了基础。

严要求,保证桨叶安全运行

桨叶的成型过程需要加温和加压,且需要严格控制技术参数,此外还需要实现模具开合模及运动机构同步,可国内尚没有该类设备制造的先例或者经验。为了充分满足桨叶研制需求,工艺人员借鉴国外先进技术经验,设计制造了大型桨叶模压系统,成功实现了开合模、桨叶铺覆和模压成型等全部工艺过程操作和控制,保证了复合材料桨叶的成型质量。

直8型机主桨叶由于采用了PMI泡沫芯作为填充材料,具有复杂的变截面结构外形,如何确定泡沫芯的过盈量以保证在共固化成型时提供均匀、恒定的压力,是桨叶研制中摆在全体工艺人员面前的又一个难题。为打倒这个拦路虎,团队成员进行了大量的试验,终于得出了不同密度和厚度泡沫芯的过盈量规律。由于泡沫芯面复杂,精度要求高,工艺人员采用了数控加工的方法加工泡沫芯零件,并成功解决了装夹定位和加工变形的一系列难题。

桨叶包铁的胶接质量是影响飞行安全、桨叶寿命的关键要素,在飞行过程中复合材料桨叶转速和振动很大,导致前缘胶接件工作环境非常恶劣。为提高前缘胶接件的胶接质量,保证直升机出勤率和飞行安全,工艺人员又开展了包铁胶接质量改进的专项攻关工作,总结出一套行之有效的胶接质量控制方法,彻底解决了包铁开胶的问题。

复合材料桨叶与传统金属桨叶相比,疲劳寿命由金属桨叶的1600小时提高到复合材料桨叶的6000小时以上或无限寿命,大幅减少了后期的使用、维护成本,减少了制造周期,提高了产品可靠性,提升了旋翼整体性能。

奠定基础,道路越走越宽广

直8型机复合材料主桨叶是国内首片自主创新研制的复合材料桨叶,通过中航工业昌飞工程技术部复合材料桨叶研制团队全体成员的自主创新和技术攻关,突破和掌握了大型复合材料桨叶研制的关键核心技术,提升了企业核心竞争力。

昌飞的复合材料主桨叶技术目前已推广到直11型机等多型直升机的应用,并成功应用于AC311和AC313民机。复合材料桨叶研制为后续大型除冰复合材料桨叶,以至其它机型复合材料桨叶的研制奠定了良好的技术基础,推进了昌飞公司桨叶研制多元化的进程。

大型复合材料桨叶的研制成功,是昌飞公司在旋翼制造领域内的一项技术突破,目前大型复合材料桨叶已在多型号直升机上装机应用,并达到了批产状态。

(李蓉)

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