程健男 徐福泉 張?bào)w磊

摘要：樹(shù)脂基復(fù)合材料由于優(yōu)異的特性在直升機(jī)結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸替代了鋁合金等金屬材料成為直升機(jī)結(jié)構(gòu)的主要材料，為提升直升機(jī)的性能做出了巨大的貢獻(xiàn)。本文對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用及其制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了回顧，介紹了國(guó)外直升機(jī)復(fù)合材料的制造應(yīng)用案例，并對(duì)未來(lái)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。研究表明，整體化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、低成本制造技術(shù)、熱塑性復(fù)合材料制造技術(shù)是未來(lái)直升機(jī)復(fù)合材料發(fā)展的重點(diǎn)方向。

關(guān)鍵詞：樹(shù)脂基復(fù)合材料；直升機(jī)；制造技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào)：V261.97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.01.018

隨著復(fù)合材料制造技術(shù)的成熟及其配套產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大，在航空航天飛行器的選材上對(duì)其傾向性更加明顯，復(fù)合材料已經(jīng)成為飛行器的主要材料，并在提升可靠性和安全性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。樹(shù)脂基復(fù)合材料相比金屬材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性及疲勞性?xún)?yōu)異、耐腐蝕性能好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于直升機(jī)具有旋翼等對(duì)疲勞性能要求較高的動(dòng)部件，選用復(fù)合材料能夠?yàn)橹鄙龣C(jī)提供最佳的結(jié)構(gòu)效益。新一代直升機(jī)的研制，先進(jìn)復(fù)合材料獲得了廣泛的使用，大大提高直升機(jī)零部件的使用壽命，推動(dòng)了性能的提升與發(fā)展[1-2]。本文將研究復(fù)合材料在直升機(jī)領(lǐng)域發(fā)揮的巨大作用，從結(jié)構(gòu)應(yīng)用和制造技術(shù)兩方面的發(fā)展歷程進(jìn)行分析，提出未來(lái)直升機(jī)復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展方向。

1復(fù)合材料在直升機(jī)的應(yīng)用

直升機(jī)與固定翼飛機(jī)相比，最大的區(qū)別是結(jié)構(gòu)及飛行動(dòng)力的差別。傳統(tǒng)的直升機(jī)通過(guò)旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)提供升力及推進(jìn)力，飛行高度與速度相對(duì)較低，是一種中低空、低速飛行器。直升機(jī)主要應(yīng)用環(huán)境為濕/熱、干/寒、沙塵/雨淋等惡劣環(huán)境條件，具備優(yōu)良的耐候性、耐蝕性的復(fù)合材料將是直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的必然選擇。在先進(jìn)直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)中均有復(fù)合材料的應(yīng)用，復(fù)合材料的用量現(xiàn)已成為衡量新一代直升機(jī)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。國(guó)外直升機(jī)復(fù)合材料的用量[3]（見(jiàn)圖1）逐年提升，到20世紀(jì)80年代已占到結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的35%～50%。作為全復(fù)合材料機(jī)體直升機(jī)的典型代表，NH90復(fù)合材料用量占總質(zhì)量的95%，僅動(dòng)力艙平臺(tái)及其隔板采用金屬件，其帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量減少20%，質(zhì)量減輕15%；空客直升機(jī)公司研制的H160直升機(jī)是世界首架全復(fù)合材料民用直升機(jī)，極大降低了機(jī)身質(zhì)量，提升了飛機(jī)的整體性能。貝爾公司研制的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)也在V-22基礎(chǔ)上大量應(yīng)用了包括熱塑性材料在內(nèi)的復(fù)合材料，主要結(jié)構(gòu)件均為復(fù)合材料[4-6]。

國(guó)內(nèi)直到20世紀(jì)60年代才開(kāi)展碳纖維復(fù)合材料研究，1980年引進(jìn)法國(guó)SA365“海豚”直升機(jī)并對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，從而完成了直9型直升機(jī)的研制。直9的復(fù)合材料用量達(dá)到了結(jié)構(gòu)質(zhì)量的34%左右，其旋翼、涵道垂尾、尾槳葉、機(jī)身等部件均由復(fù)合材料制造。隨著樹(shù)脂基復(fù)合材料國(guó)產(chǎn)化工作的開(kāi)展，國(guó)內(nèi)逐漸建立起完整的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈，擺脫了原材料不能自給的困境?；诓牧系脑O(shè)計(jì)、制造及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也隨之迅速發(fā)展，直接推動(dòng)了樹(shù)脂基復(fù)合材料在國(guó)產(chǎn)直升機(jī)上的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)直升機(jī)的復(fù)合材料用量已接近50%，在斜梁、整流罩、蒙皮、尾梁、艙罩等結(jié)構(gòu)都選用了復(fù)合材料[7]。

預(yù)計(jì)隨著相關(guān)復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)材料制造技術(shù)的突破，未來(lái)國(guó)產(chǎn)直升機(jī)中復(fù)合材料用量將進(jìn)一步提高，在機(jī)身的主承力結(jié)構(gòu)上會(huì)更多地采用復(fù)合材料，減重的同時(shí)將充分發(fā)揮復(fù)合材料耐腐蝕、隱身等優(yōu)勢(shì)特性。

1.1旋翼系統(tǒng)

旋翼是直升機(jī)最顯著的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)，可以為直升機(jī)提供升力。旋翼系統(tǒng)由槳葉和槳轂組成，旋翼形式是由槳轂構(gòu)型決定的，它隨著使用材料、制造工藝和旋翼理論的發(fā)展而發(fā)展。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，旋翼槳葉的設(shè)計(jì)選材已經(jīng)開(kāi)始向復(fù)合材料傾斜，主要應(yīng)用復(fù)合材料槳葉與彈性軸承、柔性元件槳轂旋翼。到20世紀(jì)70年代，旋翼系統(tǒng)開(kāi)始大量使用復(fù)合材料，主要應(yīng)用高性能復(fù)合材料槳葉與無(wú)鉸式、無(wú)軸承式球柔性鉸式等新型槳轂旋翼。在此期間BO105直升機(jī)首次使用了全玻璃鋼槳葉，S-76直升機(jī)應(yīng)用了復(fù)合材料無(wú)軸承柔性尾槳，CH-47D型直升機(jī)換裝了D形大梁玻璃鋼槳葉[8]。目前，旋翼系統(tǒng)的復(fù)合材料構(gòu)件主要在結(jié)構(gòu)功能的完善及降噪、提效方面開(kāi)展相關(guān)研究。如適應(yīng)于高速直升機(jī)的共軸剛性旋翼以及H160的“藍(lán)色前緣”槳葉，同時(shí)H160也創(chuàng)造性地采用了熱塑性復(fù)合材料旋翼槳轂結(jié)構(gòu)。V-280直升機(jī)首次使用了全碳纖維復(fù)合材料傾轉(zhuǎn)旋翼葉片。

1.2機(jī)體結(jié)構(gòu)

機(jī)體結(jié)構(gòu)主要用于裝載空勤人員、旅客、貨物、設(shè)備和燃油等，并通過(guò)它將直升機(jī)上的各部分連接成一個(gè)整體。直升機(jī)的構(gòu)型對(duì)機(jī)身外形和受力方式有很大影響，機(jī)體多為薄壁結(jié)構(gòu)，曲率相對(duì)較大，出于減輕質(zhì)量考慮，設(shè)計(jì)多選用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)以提高結(jié)構(gòu)的剛度及損傷容限。機(jī)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展與旋翼系統(tǒng)相仿，第三代直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)部分使用復(fù)合材料，約占結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%；而第四代直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)大量采用復(fù)合材料（見(jiàn)圖2），復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍達(dá)到50%以上，應(yīng)用范圍從非承力的整流罩、蒙皮等結(jié)構(gòu)，逐步發(fā)展到尾梁、地板、隔框等主承力結(jié)構(gòu)。西科斯基研制的首架全復(fù)合材料機(jī)身的S-75型直升機(jī)，零件和緊固件減少了75%。隨著先進(jìn)復(fù)合材料及其設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了如V-22、PAH-2、NH90、H160等選用全復(fù)合材料機(jī)體的機(jī)型[9]。GKN航空航天公司向貝爾直升機(jī)交付了一對(duì)熱塑性復(fù)合材料制造，經(jīng)感應(yīng)焊接而成的蝶形尾翼方向升降舵用于V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，從而使V-280成為首批使用先進(jìn)熱塑性部件的軍用飛機(jī)之一。

1.3傳動(dòng)系統(tǒng)

現(xiàn)代直升機(jī)的傳動(dòng)裝置是由各種附件組成的、用來(lái)傳遞機(jī)械能的系統(tǒng)。目前大多數(shù)直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用剛性構(gòu)件，利用齒輪嚙合傳動(dòng)原理將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率傳遞給旋翼、尾槳和其他部件。傳動(dòng)系統(tǒng)的部件主要有：主減速器、中間減速器、尾減速器、傳動(dòng)軸、旋翼剎車(chē)裝置、離合器和聯(lián)軸節(jié)等。復(fù)合材料傳動(dòng)軸在大幅減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，可以提高固有頻率，減少噪聲，降低傳動(dòng)系統(tǒng)能量損失，提高抗振性能。

在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，尾部傳動(dòng)軸部件相對(duì)于其他部件而言受力單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故復(fù)合材料在尾傳動(dòng)軸部件的應(yīng)用比較廣泛[10]。西科斯基公司在UH-60M上將鋁合金傳動(dòng)軸換裝為復(fù)合材料傳動(dòng)軸；貝爾公司的429輕型雙發(fā)直升機(jī)也使用了2段超臨界復(fù)合材料尾傳動(dòng)軸，在減輕質(zhì)量的同時(shí)還將連續(xù)功率提升了40%。貝爾公司在V-22傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用了復(fù)合材料軸管兩端鉚接鈦合金法蘭盤(pán)的軸系。

西科斯基公司在先進(jìn)旋翼傳動(dòng)系統(tǒng)研究（ART）項(xiàng)目中，通過(guò)6個(gè)復(fù)合材料支架結(jié)構(gòu)代替靜軸傳遞旋翼載荷；貝爾公司針對(duì)XV-15旋翼軸，設(shè)計(jì)了承載能力相同的復(fù)合材料/鋼旋翼軸，質(zhì)量減輕了14%。美國(guó)波音公司在234型和360型直升機(jī)的旋翼軸上成功地應(yīng)用了復(fù)合材料管件，大幅減少了結(jié)構(gòu)質(zhì)量。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)AW609的驅(qū)動(dòng)軸主軸及側(cè)軸均由復(fù)合材料軸管和金屬法蘭盤(pán)/花鍵接頭組成[11]。

1.4起落架

直升機(jī)起落架的主要作用是在是升級(jí)著陸時(shí)吸收垂直下降速度產(chǎn)生的能量，減少觸地撞擊引起的過(guò)載，以及防止在起飛、著陸和地面開(kāi)車(chē)時(shí)出現(xiàn)“地面共振”。荷蘭航空宇航研究院采用三維編制和RTM工藝完成了NH90直升機(jī)起落架搖臂和扭力臂的制造。

2直升機(jī)復(fù)合材料制造技術(shù)

2.1鋪放技術(shù)

2.1.1自動(dòng)鋪放技術(shù)

航空航天復(fù)合材料構(gòu)件制造主要依賴(lài)手工鋪疊形式，手工鋪放受操作人員水平及技能的限制，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、鋪放效率低、容易產(chǎn)生夾雜，產(chǎn)品質(zhì)量一致性差等；另外，對(duì)于大尺寸、變曲率、異形回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)制件，手工鋪疊難以實(shí)現(xiàn)。與手工鋪疊相比，自動(dòng)鋪放技術(shù)克服了手工鋪疊帶來(lái)的弊端，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，大幅提高了鋪放成形效率；減少人為失誤，減少孔隙、架橋、交疊等制造缺陷，提高工藝的重復(fù)性和穩(wěn)定性，進(jìn)而提高復(fù)合材料制品質(zhì)量；另外，相比較手工鋪疊復(fù)合材料20%～25%的廢料率，自動(dòng)鋪放技術(shù)可以減少到5%左右。這種自動(dòng)化制造技術(shù)在提高生產(chǎn)效率、制件內(nèi)部質(zhì)量、降低成本等方面顯示出了極為突出的優(yōu)越性和極大的潛力，已經(jīng)成為新一代航空航天復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件制造的最佳工藝解決方案。

（1）自動(dòng)鋪帶/鋪絲

自動(dòng)鋪帶技術(shù)采用有隔離襯紙單向預(yù)浸帶，多軸機(jī)械臂完成鋪放位置定位，鋪帶頭自動(dòng)完成預(yù)浸帶輸送剪裁、加熱鋪疊與輥壓，整個(gè)過(guò)程通過(guò)數(shù)控技術(shù)自動(dòng)完成。自動(dòng)鋪絲技術(shù)結(jié)合了纖維纏繞和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⒗w維纏繞中柔性絲束的輸送、張力控制和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的剪切、重送、壓緊和加熱等技術(shù)結(jié)合。因此，相比較于纖維纏繞和自動(dòng)鋪帶技術(shù)靈活性更大，受芯模曲率和型面影響小，能夠?qū)崿F(xiàn)大型復(fù)雜（凹形面、蜂窩夾層面、大曲率）復(fù)合材料構(gòu)件成形。自動(dòng)鋪絲技術(shù)還能夠?qū)?fù)雜構(gòu)件進(jìn)行一體化成形，以減少裝配零件數(shù)目、制造工時(shí)和廢品率，有效降低復(fù)合材料構(gòu)件的制造成本。波音公司通過(guò)自動(dòng)鋪絲技術(shù)生產(chǎn)制造了V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)后機(jī)身，和原來(lái)相比，減少了34%的緊固件和53%的裝配量（見(jiàn)圖3）。SB>1共軸復(fù)合推進(jìn)直升機(jī)的槳葉和CH-53K尾槳葉柔性梁同樣采用了自動(dòng)鋪放技術(shù)[12]。

（2）纖維纏繞

纖維纏繞是一種在控制張力和預(yù)定線型的條件下，應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的纏繞設(shè)備將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上的過(guò)程。纖維纏繞技術(shù)能夠提高纖維的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。但是對(duì)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性較差，只能用于部分特殊結(jié)構(gòu)的零件。貝爾公司的AH-1G夾層結(jié)構(gòu)尾斜梁、貝爾206的垂尾、OH-58的平尾管梁與蒙皮及硬殼式尾梁均使用了纖維纏繞工藝；西科斯基公司也使用了纏繞工藝方法研制了S-76的尾梁、水平安定面和斜梁[13]。

2.1.2預(yù)制體制造技術(shù)

纖維編織是一種常用的預(yù)制體制造技術(shù)，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其受設(shè)備和紗線尺寸的限制。在航空工業(yè)，目前該技術(shù)主要集中在編織的設(shè)備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)，并將設(shè)備和工藝與CAD/CAM進(jìn)行集成。NH90的起落架撐桿采用編織預(yù)成型技術(shù)制造了干纖維預(yù)成形體[14-15]。

2.2成形技術(shù)

2.2.1熱壓罐成形技術(shù)

熱壓罐成形是指將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料，放在熱壓罐內(nèi)，在定溫度和壓力下完成固化過(guò)程的工藝方法[16]。熱壓罐成形技術(shù)是目前航空、航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件廣泛采用的成形工藝方法，常用于層壓件、夾層件、結(jié)構(gòu)膠結(jié)件的制備以及共固化等復(fù)雜的工藝過(guò)程中。使用熱壓罐成形技術(shù)工藝過(guò)程穩(wěn)定易控，能夠較好地保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性。固化制度的制定與執(zhí)行是保證熱壓罐成形制件質(zhì)量的關(guān)鍵。熱壓罐工藝主要缺點(diǎn)為工藝成本較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)低成本、高效的連續(xù)生產(chǎn)。

2.2.2非罐成形技術(shù)

非罐成形工藝專(zhuān)指相對(duì)于傳統(tǒng)預(yù)浸料-熱壓罐成形技術(shù)，仍使用預(yù)浸料進(jìn)行固化成形，但僅在真空壓力下進(jìn)行固化，不采用熱壓罐設(shè)備的工藝技術(shù)。其可以大幅降低制造成本，但由于成形壓力較小，不利于夾雜氣體排除，可能對(duì)制件的孔隙產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，零件的表面質(zhì)量以及原材料的有效使用期限也是影響非罐成形技術(shù)發(fā)展的主要限制條件。V-280直升機(jī)使用非罐技術(shù)[17]制造了主起落架復(fù)合材料艙門(mén)。

2.2.3液體成形技術(shù)

液體成形工藝是在模腔中鋪放預(yù)成形體材料，采用注射設(shè)備將專(zhuān)用樹(shù)脂體系注入閉合模腔或加熱熔化模腔內(nèi)的樹(shù)脂膜，使樹(shù)脂流動(dòng)順暢并排除模腔中的全部氣體、徹底浸潤(rùn)纖維，最終加熱固化制備復(fù)合材料的技術(shù)。主要包括樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）、真空輔助樹(shù)脂浸滲（VARI）、樹(shù)脂膜滲透工藝（RFI）等[18]。

（1）RTM成形技術(shù)

RTM成形工藝是一種典型的液態(tài)模壓工藝，通過(guò)將熱固性樹(shù)脂注入到封閉的模腔中，浸潤(rùn)增強(qiáng)材料并固化成形。這種工藝能夠一次成形大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，產(chǎn)品精度容易控制，生產(chǎn)的效率較高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量生產(chǎn)。但是由于工藝過(guò)程復(fù)雜，對(duì)材料性能及工藝、模具的設(shè)計(jì)要求較高，常需借助仿真軟件進(jìn)行過(guò)程模擬分析[19]。AH-64D直升機(jī)通過(guò)使用RTM成形工藝等實(shí)現(xiàn)機(jī)身結(jié)構(gòu)的整體化制造，大量降低了成本。NH-90直升機(jī)艙門(mén)、龍骨梁、起落架扭力臂和縱向推力桿均采用RTM成形工藝制造（見(jiàn)圖4）。V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的尾傳動(dòng)軸、尾斜軸也采用了RTM成形工藝。此外，RTM成形工藝還在直升機(jī)起落架艙、機(jī)身典型結(jié)構(gòu)件等直升機(jī)機(jī)身部件上得到了應(yīng)用。

（2）VARI成形技術(shù)

VARI成形工藝是在RTM成形工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種低成本復(fù)合材料成形技術(shù)。它是使用真空袋將鋪放在模具上的預(yù)制體密封后，在真空負(fù)壓狀態(tài)下排出氣體壓實(shí)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及織物增強(qiáng)體的浸漬，最終固化成形的工藝過(guò)程。VARI成形技術(shù)適用于大尺寸構(gòu)件的低成本制造[20-21]，其預(yù)成形體制備難度較大。21世紀(jì)初，美國(guó)波音公司用VARI成形工藝一體成形了機(jī)艙整體結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5）。該機(jī)身為全碳纖維復(fù)合材料加筋壁板結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了纖維縫合技術(shù)增強(qiáng)其層間性能。CH-46運(yùn)輸直升機(jī)采用VARI技術(shù)成形發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩；CH-47運(yùn)輸直升機(jī)前發(fā)動(dòng)機(jī)吊架和整流罩采用了VARI技術(shù)整體成形。

2.2.4模壓成形技術(shù)

模壓成形是將預(yù)浸料鋪放在模具的型腔中，然后閉模通過(guò)螺栓、壓床或者自加溫加壓設(shè)備進(jìn)行加壓，而使其成形并固化的工藝過(guò)程。模壓成形工藝也是直升機(jī)復(fù)合材料制造常用的工藝方法之一，多用于成形槳葉、肋盒等零件，必要時(shí)還需要使用硅橡膠或者氣囊進(jìn)行輔助加壓，以保證復(fù)合材料制件的成形質(zhì)量。使用模壓成形技術(shù)能夠保證零件的外形尺寸，同時(shí)提高原材料的利用率，但是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制造精度要求較高。

3結(jié)束語(yǔ)

復(fù)合材料追求更輕、更快、更強(qiáng)的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，未來(lái)復(fù)合材料在直升機(jī)上的應(yīng)用向著結(jié)構(gòu)、功能、高效、低成本一體化的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域邁進(jìn)。

（1）整體化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)

減質(zhì)增效一直是直升機(jī)設(shè)計(jì)制造追求的最終目標(biāo)。由于直升機(jī)產(chǎn)品的體積偏小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體化設(shè)計(jì)及與之相應(yīng)的制造技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。整體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效減少零件及緊固件的數(shù)量，大幅降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。同時(shí)，與之相應(yīng)的制造技術(shù)能夠減少零件的固化次數(shù)，降低制造成本、提高效率。

（2）低成本制造技術(shù)

除了昂貴的原材料，制造成本也是限制復(fù)合材料應(yīng)用的主要因素之一。亟須發(fā)展適用于直升機(jī)結(jié)構(gòu)的低成本制造技術(shù)，擺脫熱壓罐對(duì)復(fù)合材料制造的限制，運(yùn)用液體成形、低溫固化、快速成形、非罐工藝等手段，結(jié)合數(shù)字化智能制造技術(shù)，降低復(fù)合材料的制造成本，提高復(fù)合材料在飛行器制造業(yè)的應(yīng)用。

（3）熱塑性復(fù)合材料制造技術(shù)

熱塑性復(fù)合材料在減質(zhì)的同時(shí)能夠提高損傷容限和抗疲勞特性，在未來(lái)直升機(jī)結(jié)構(gòu)上也存在較大應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)國(guó)內(nèi)高性能熱塑性樹(shù)脂制造技術(shù)的發(fā)展，需發(fā)展與之相適應(yīng)的配套材料、設(shè)備的研發(fā)以及制造技術(shù)的研究。以適應(yīng)熱塑性復(fù)合材料的原位固化、焊接等配套制造技術(shù)來(lái)降低制造成本，推動(dòng)熱塑性復(fù)合材料在直升機(jī)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]倪先平.直升機(jī)技術(shù)的研究與發(fā)展[J].科學(xué)中國(guó)人，1997（1-2）： 27-31. Ni Xianping. Research and development of helicopter technology[J].Scientific Chinese， 1997（1-2）： 27-31. （in Chinese）

[2]倪先平，曹喜金.直升機(jī)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀[J].直升機(jī)， 1997（3）： 9-14. Ni Xianping， Cao Xijin. The history and present situation of helicopter development[J].Helicopter， 1997（3）： 9-14. （in Chinese）

[3]Weber T A，Ruff-Stahl H K. Advances of composite manufacturing of helicopter parts[J]. International Journal of Aviation，Aeronautics，andAerospace，2017，1（4）：1-33.

[4]徐新，曹喜金.世界軍用直升機(jī)發(fā)展趨勢(shì)[J].直升機(jī)技術(shù)，2009（3）：131-133. Xu Xin， Cao Xijin. Development trend of military helicopter in the world[J].Helicopter Technology， 2009（3）：131-133. （in Chinese）

[5]吳希明.直升機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀、趨勢(shì)和發(fā)展思路[J].航空科學(xué)技術(shù)，2012（4）：13-16. WuXiming.HelicopterTechnologystatus，trendand development ideas[J]. Aeronautical Science and Technology， 2012（4）：13-16. （in Chinese）

[6]黃文俊.直升機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].高科技纖維與應(yīng)用，2016，41（5）：7-14. Huang Wenjun. Application status and development of helicopter composite [J]. High-tech Fiber and Application，2016，41（5）：7-14. （in Chinese）

[7]陳紹杰.我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料產(chǎn)事業(yè)發(fā)展[J].玻璃鋼，2014（1）：13-26. Chen Shaojie. Development of glass fiber reinforced plastic in Chinas advanced composite industry[J]. Glass Fiber Reinforced Plastics，2014（1）：13-26. （in Chinese）

[8]Konrad J K. Composite technology development based on helicopter rotor blades[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology，2020，92（3）：273-284.

[9]諶廣昌，姚佳楠，張金棟，等.高性能熱塑性復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用與展望[J].航空材料學(xué)報(bào)，2019，39（5）：24-33. ChenGuangchang， YaoJianan，ZhangJindong，etal. Application and prospect of high performance thermoplastic composite department in helicopter structure[J]. Journal of Aeronautical Materials， 2019，39（5）：24-33. （in Chinese）

[10]溫青山，荊天冬.復(fù)合材料尾減管加載變形仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證[J].航空科學(xué)技術(shù)，2019，30（7）：47-51. Wen Qingshan， Jing Tiandong. Simulation analysis and test verification of loading deformation to the connecting pipe of tail gearbox [J]. Aeronautical Science & Technology，2019，30（7）：47-51.（in Chinese）

[11]王帥，梁福東，魯雄.復(fù)合材料在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].航空動(dòng)力，2019（5）：22-24. WangShuai，LiangFudong， LuXiong. Applicationand development trend of composite materials in helicopter transmission system[J].Aeronautical Power，2019（5）：22-24. （in Chinese）

[12]諶廣昌，吳明忠，陳普會(huì).高性能復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用展望[J].航空制造技術(shù)，2019， 62（12）：83-90. Chen Guangchang，Wu Mingzhong，Chen Puhui. Application and prospectofhigh-performancethermoplasticcompositesin helicopter structure[J]. Aeronautical Manufacturing Technology，2019， 62（12）：83-90. （in Chinese）

[13]朱金榮，朱銀垂.復(fù)合材料纖維纏繞技術(shù)在直升機(jī)上的應(yīng)用[J].直升機(jī)技術(shù)，2004（1）：19-22. Zhu Jinrong， Zhu Yinchui. The technology of composites filamentwindingapplyinginhelicopter[J]. Helicopter Technology， 2004（1）：19-22. （in Chinese）

[14]張璇，沈真.航空航天領(lǐng)域先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)進(jìn)展[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2018（17）：72-79. Zhang Xuan，Shen Zhen. Progress in manufacturing technology of composite materials in the aerospace field[J].China Textile Leader， 2018（17）：72-79. （in Chinese）

[15]吳剛，趙龍，高艷秋，等.縫合技術(shù)在復(fù)合材料液體成型預(yù)制體中的應(yīng)用研究[J].航空制造技術(shù)，2012（23）：70-72. Wu Gang，Zhao Long，Gao Yanqiu， et al. Application research of stitching technology on fabric preform for composites liquid forming[J]. Aeronautical Manufacturing Technology，2012（23）：70-72. （in Chinese）

[16]何凱，李成龍，龔志紅，等.航空復(fù)合材料構(gòu)件精確制造技術(shù)探討及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2017（9）：101-105. He Kai，Li Chenglong，Gong Zhihong， et al. Development and applicationofprecisionmanufacturingtechnologyof composite in aviation field[J]. Aeronautical Manufacturing Technology， 2017（9）：101-105. （in Chinese）

[17]顧軼卓.飛行器結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料制造技術(shù)與工藝?yán)碚撨M(jìn)展[J].航空學(xué)報(bào)，2015，36（8）：2773-2797. Gu Zhuoyi.Progress on manufacturing technology and process theory of aircraft composite structure[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2015，36（8）：2773-2797. （in Chinese）

[18]趙秀芬，劉剛，李偉東.液態(tài)成型復(fù)合材料在直升機(jī)上的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2017（17）：60-64. Zhao Xiufen， Liu Gang， Li Weidong. Application of liquid molding composites in helicopter[J]. Aeronautical Manufacturing Technology，2017（17）：60-64. （in Chinese）

[19]趙云峰，孫宏杰，李仲平.航天先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料制造技術(shù)及其應(yīng)用[J].宇航材料與工藝，2016（4）：1-7. Zhao Yunfeng， Sun Hongjie， Li Zhongping. Manufacturing technology and its application of aerospace advanced polymer matrix composites[J]. Aerospace Materials and Technology， 2016（4）：1-7. （in Chinese）

[20]楊向東，馬克明，盧少微.基于新型碳納米紙傳感器對(duì)VARI工藝中樹(shù)脂流動(dòng)趨勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[J].航空科學(xué)技術(shù)，2019，30（8）：66-70. Yang Xiandong，Ma Keming，Lu Shaowei. Real-time monitoring the resin flow trend of vari process by a new carbon nanopaper sensor [J]. Aeronautical Science & Technology， 2019，30（8）：66-70. （in Chinese）

[21]蘇霞.先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)[J].橡塑技術(shù)與裝備，2015， 41（24）：49-52. Su Xia. Advanced composites manufacturing technology[J]. China Rubber/Plastics Technology And Equipment， 2015， 41（24）：49-52. （in Chinese）

（責(zé)任編輯余培紅）

作者簡(jiǎn)介

程健男（1987-）男，碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：復(fù)合材料的制造及裝配技術(shù)。

Tel：0451-86583143E-mail：301cjn_301@163.com

Application and Manufacturing Technology of Composites in Helicopter

Cheng Jiannan1，*，Xu Fuquan1，Zhang Tilei2

1. AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co.，LTD.，Harbin 150066，China 2. Army Armament Department Aviation Military Representative Office in Harbin，Harbin 150066，China

Abstract： Composites have been widely used in helicopter structure because of their excellent properties， and have gradually replaced aluminum alloy and other metal materials as the main materials of helicopter structure，which has made great contributions to improving the performance of helicopter. The application of composites in helicopter structure and the development of manufacturing technology are reviewed， the manufacturing and application cases of helicopter composites abroad are introduced， and the development trend of manufacturing technology in the future is prospected. Integrated design and manufacturing technology， low-cost manufacturing technology， thermoplastic composite manufacturing technology are the key development direction of helicopter composite materials in the future.

Key Words： composite； helicopter； manufacturing technology； application； development