高筋条整体壁板
整体壁板的优缺点
（2）疲劳寿命长，如现代某民航飞机要求其结构设计寿命达9万小时，其必不可少的条件之一就是采用整体结构。
（3）外形准确、表面光ห้องสมุดไป่ตู้。
（4）可简化油箱密封，增加载油空间。
从工艺方面来看，整体壁板的优势有：
（1）简化了互换性问题，减轻装配工作量。
（2）大大减少板材、型材的种类以及型材成形的工作量。
（3）可减少工件夹具与型架数量，缩短生产周期。
但整体壁板也存在一些缺点：
（1）需要切除大量金属，材料浪费严重，需要配备大型专用高效数控机床。
（2）除采用热碾平板作毛坯的方案以外，其它形式的毛坯供应一般比较困难，加工毛坯用的工艺装备制造周期长、费用高。
采用整体壁板首先能大量减少零件数量、减轻飞机重量。美国通过整体机身结构计划( Integral Airframe Structures，IAS) 以一段B747 机身壁板为对象，对机身整体带筋壁板和铆接壁板进行了对比，结果发现采用整体带筋壁板后，零件数量从129个减少到7个，成本降低25 %。
其次，整体壁板在结构设计方面也具有优势：
（3）从破损安全的观点看，产生裂纹后扩展较快。
飞机研制过程与制造技术
02 在浅筋条小曲率壁板的研制生产中，
采用先进的喷丸成形技术。波音的数 控喷丸系统，不仅可控制成形参数， 而且可预测和控制喷丸强化与抛光工 序对壁板外形的影响，并研发了叶轮 式数控抛丸设备。
03 在高筋网格式整体壁板研制生产中，
开发压弯与喷丸复合成形技术，发展
了带自适应系统的数控压弯机。
04 在成形设备方面，除扩大规格外，弯
A
在总体设计基础上，进行飞 机各部件结构的初步设计(或 称结构打样设计)；
B
对全机结构进行强度计算；
C
完成零构件的详细设计和细 节设计，完成结构的全部零 构件图纸和部件、组件安装 图。
一 航空器研制过程
3.飞机制造过程
试制
飞机制造工厂根据 飞机设计单位提供 的设计图纸和技术 资料进行试制。
装设备、发动机
在传统制造技术基础上发展起来的先进制造技术已成为支撑现代制造业的 骨架和核心，以信息化带动传统制造业，企业信息化工程得到长足发展。
二 航空器制造技术特点
飞机装配是整个飞机制造过程的龙头，飞机装配技术是中 国飞机制造过程中最薄弱的环节，这项复杂的系统工程， 涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对 接总装的全部过程，有4个关键技术:简易型架装配技术、 自动化铆接技术、先进定位装配技术和装配过程的数字化 仿真技术。
01
为选择满意的外形须做 大量的风洞试验；
02
对用新材料(如复合材 料)制作的结构性能进 行某些专题研究和试验 ；
03
对某些关键的结构件或 结构设计方案进行必要 的疲劳或损伤容限的设 计研制试验，为详细设 计提供数据或进行早期 验证等。
04
二 航空器制造技术特点
航空器制造涉及多个学科，包括空气动力学、材料学、航 空电子学等；飞机整体结构制造技术有:高效数控加工、 大型壁板的形成技术和大型壁板精确加工技术。集成的整 体结构、复材构件和数字化技术，构筑了新一代飞机先进 制造技术的主体框架。
整体壁板的制造
利用化学铣切无切削力旳特点，整体 壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切。
1．整体壁板旳机械加工
加工整体壁板旳金属切削机床在 早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床 以及摇臂铣床等改装而成，它们一般 均采用真空夹具，它旳特点是施压均 匀，装夹以便，没有夹紧伤痕。
目前伴随数控技术日益广泛旳应 用，整体壁板加工中大多采用数控机 床来加工。
其中校平与消除残余应力是影响整体壁 板加工效率和质量旳主要环节。
消除残余内应力最有效旳方法是在厚板 淬火后经过1.5~2.5%变形程度旳拉伸校正， 然后经过自然或人工时效处理再送去加工。
三、整体壁板旳加工
常见旳加工措施有两种： —— 机械加工（NC加工）
机械加工措施一般是先加工而后成形。 （因为先成形后加工较困难）。
机翼壁板喷丸成形工艺流程图
整体壁板旳其他成形措施
整体壁板旳成形，除上面简介旳 几种措施以外，还有用淬火成形，即 用模子成形旳同步淬火之，爆炸成形 措施以及蠕变成形措施。爆炸成形主 要问题是工艺装备费用太大。蠕变成 形问题，据有关资料简介对铝铜合金 不合用，因为会造成晶粒粗化。
无加强筋旳整体壁板又称整体厚 蒙皮。
优点
1. 设计方面
—— 等强度设计，强度/重量比高，刚性好 —— 疲劳寿命长 —— 外形精确，表面光滑 —— 简化油箱旳密封，空间利用率高
2. 工艺方面
• 简化了互换性 • 减轻了装配劳动量 • 提升了装配精度 • 缩短生产准备周期 • 提升劳动生产率
问题
• 加工设备增长 • 毛坯旳制造周期长，费用高
整体壁板工件曲率旳控制
工件被喷击后产生旳曲率大小与两 组因数有关，其一是喷击强度，这里涉 及弹丸旳大小、重量、硬度、弹丸喷击 旳速度以及喷击旳角度；其二是覆盖率， 即凹坑旳总面积与被喷面积之比。变化 这两组原因，就能够控制工件旳曲率。 在生产中，主要控制喷击过程旳空气压 力和工件送进速度。
筋条外置整体壁板填料滚弯成形工艺研究
材 料 工 程 ／２ １ ０ ０年 ８期
筋 条外 置 整体 壁 板填 料滚 弯 成 形 工 艺研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌｉ ｇ Ｒｏ ｌＢｅ ｄ ｎ ｏ ｅ ｓ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｆｉｌｎ ｌ ｎ ｉ ｇ Ｐｒ ｃ ｓ ｆ Ｉ ｅ ｒ ｌＰａ ｌＳｋｉ ｓ ｗｉｈ Ｒｉ — ｕｔ ａ ｄ ｎｔ ｇ ａ ｎｅ ｎ ｔ ｂ ｏ ｗ ｒ
ＸＩ ａ ， Ｕ ｉ—ｏ ｇ ， ＡＯ Ｈ ｎ一 ＬＩ Ｊｎ ｓ ｎ
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（ Ｓ ｈ ｌｏｆＭ ａ ｅ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｌａ ｉ ｒ ｉｙ ｏ １ ｃ ｏｏ ｔ ｒａ ｓ Ｓｃｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｄａ ｉｎ Ｕｎ ｖｅ ｓ ｔ ｆ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇｙ， ｌａ １ ０８ Ｌｉｏｎ ｎｇ， ｃ ｏｏ Ｄａｉ ｎ １ ６ ５， ａ ｉ Ｃｈｉ ａ；２ Ｉ ｔｔ ｔ ｆＭ ｅ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｎｓ ｉｕ ｅ ｏ ｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ， Ｃｈ ｎｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍｙ ｏ ｉ ｎ ｅ ， ｉ ｓ ａ ｅ ｆＳｃｅ ｃ ｓ Ｓｈｅ ａ ｇ １１ ０ ６， ｎｙ ｎ ０ １ Ｃｈｉ ｎａ；３ Ｓｃ ｏ ｆＭ ａ ｅ ｉ ｌ ｈｏ ｌｏ ｔ ｒａ ｓ
关 键 词 ： 体 壁 板 ； 条 外 置 ； 胶 填 料 ； 弯成 形 整 筋 橡 滚
中图 分 类 号 ： Ｇ１ ６ ２ Ｔ ４．１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ １ ３ １ ２ １ ）８０ ５—５ １ ０ — ８ （ ０ ０ ０ —０ ６ ０ ４
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｌｂ ｎ ｎ ｘｐ ｒｍ ｅ ｆｉ ｅ ｒ ｌｐａ ｅ ｋｉ ｓ ｗｉｈ ｒｂ ｏ ｔ ｒ ｙ ａ ｄｉ ｇ ｒ ｂ— ｓ ｄ ｏ ｈｅｒ ｌ ｅ ｄｉ ｇ ｅ ｅ ｉ ｎｔｏ ｎｔ ｇ ａ ｎ ｌｓ ｎ ｔ ｉ — ｕ ｗａ ｄ ｂ ｄ ｎ ｕ
高筋条壁板成型分析及成型工艺研究
研制 过 程 中 ，经过 几 次 试 验 均 未 成 功 。我 们 的工 程 技 术 人员 经 过理 化 试 验分 析 、工 艺 分 析 、多 次 工 艺试 验 ，最 终摸 索 出 了该 材 料 的状 态 及 工 艺 方 法 对成 型 的 影 响 ，摸 索 出 了 一 套 成 型 的 工 艺 方 法 ，使 该 产 品成 型获 得成 功 。
三 次工 艺 试验 全 部 失败 了 。在 此 ，我们 只 能 从 头 进行 工 艺 方案 制 定 和材 料性 能 的研 究 。
１ 问题 的提 出
该产品在数控加工成高筋后交付到钣金车 间 进 行 闸压 成 型 以符合 检 验 夹 具 。在 进 行 第 １件 闸
压 成 型到 弯 曲 角 度 近 三 分 之 一 时 ，有 一 筋 条 断
化 学成 分 均符 合 （ Ｃ １９ １７— ３ 标 准 。 Ｏ Ｔ ０ １ ８ ）
从 表 １可 以看 出该 材料 符 合 状 态 ，但 状 态 无标 准 。 图纸要 求 用 Ａ ４—１ Ｋ Ｔ状 态 制 造 ，技
ｅ ．将 ５ 试 样 按 热 处 理 工 艺 规 程 进 行 时 效 ， 时效 后 热处 理 状 态 为 ， 时效 工 艺 为 在 １５± 其 ９ ５Ｃ。保 温 ７— ￣ ９ｈ，空 冷 。 时效 后 检 查 抗 拉 强 度
表 １ Ａ ４一ｌ Ｔ材 料 特性 Ｋ ｑ
收文 日期 ：２ ０ —０ ０ １ ８—３ ０
作者简介 ：吴英连 （ ９ ２ ，男 ，高级工程师 ，制造工程部助理 １４ 一）
维普资讯
吴英连 ：高筋 条壁 板成型分析及成 型： ［艺研究
・５ ・ ９
析 结 果第 ２件 产 品进 行 了认 真 的准 备 ，并 进行 消 除应 力处 理 ，加 热 到 ２ ０±５Ｃ，保 温 ２５ｈ ０ ￣ ． 。在 闸压 角 度 不 到 成 型 角 度 五 分 之 一 时 又 发 生 断 裂 （ 断一 条 筋 ） 。之后 我们 进 行 了光谱 分析 ，测 量 电
壁板外形曲面展开及其在展开建模中的应用
近似得 到其展开面 。本文采用纯数 学的曲面展开方法 ，展 开过程 中不 考虑材料 的力学性能 ，只对 曲面进行 几何 分 析 ，从 而计算 出其展开平 面。本 文介绍 了曲面的展开方 法 ，并利用 Ｃ ＴＡ Ａ Ｉ 软件 的功能 ，以Ｖ ｓａ ｃ ＋ ｉ ｌ ＋ 为平 台， ｕ 编写了曲面展开程序 ，并举例说 明曲面展开程序在壁板展开建模 中的应用 。
寿命 、高可靠性 等要求 。为 了保证 机翼壁 板 的加 工 质量 和效 率 ，整 体 壁 板加 工 现 在 通 常 采 用 以下 方 法 ：先通 过数控加 工加工 出壁板展 开状态 下 的平 面
收 稿 日期 ：２ ０ — ８ ２ ；修 订 日期 ：２ １ — １０ ０ ９０—０ ｏ０ ０—６
Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ３ ，Ｃ ｉａ ｈ ｎ ａ ｇ ０ ４ ｈｎ ） １ ０
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复合材料垂直安定面整体化加筋壁板设计
复合材料垂直安定面整体化加筋壁板设计闫国良 刘兴宇 张洁(一航一飞院)引言先进复合材料(advanced co m posites)是适应航空、航天、军工等高科技领域的需要而发展起来的一种高性能复合材料。
目前,复合材料结构设计主要采用其良好的减重效果、耐疲劳以及抗腐蚀性能。
用作受力结构件,它解决了单一材料无法解决的技术难关。
目前已经广泛用于运输类飞机结构。
复合材料本身的属性以及制造工艺使得复合材料结构趋向于整体化、多学科化。
复合材料材料设计和结构设计,材料成型和构件成型是同时一次完成,不可分开的。
制得的产品既是复合材料,也是复合材料结构件。
为了充分利用复合材料本身特点以及成型工艺的优势,复合材料件的整体化设计概念在民机上有了进一步的应用,对整体化设计的研究必要性也进一步凸显出来。
1 复合材料整体化壁板设计整体化设计是将若干个零件设计成一个较大的整体件,包括实心层合板以及通过胶接形成的整体件,这些整体件可能通过共固化形成或由多个零件通过再次胶接形成。
整体化设计中,将实现纤维传力路线连续性的结构整体受力布局设计与充分利用复合材料固化成形工艺特点和工艺方法的有机结合是提高结构整体化程度的关键。
计算机辅助设计与辅助制造(CAD/C AM)先进分析模拟技术,为整体化设计提供了技术支持,在成本/效益杠杆作用下,整体化设计的实施还将受到模具工装复杂程度和成本、设备尺寸、容量和设备更新改造所需费用的成本考虑等限制。
先进复合材料的设计和制造必须从结构设计、材料、工艺和模具等方面综合考虑,并由这几方面的技术人员协调配合才能完成。
2 复合材料整体化加筋壁板的特点(1)便于等强度设计;(2)结构的总体和局部刚度好;(3)减少了紧固件数量,减少了应力集中和钉孔对壁板截面积的削弱,同时减轻了连接件本身的重量;(4)减少了组装的工作量;(5)便于密封,减少了密封材料的用量;(6)维护成本低;(7)无液体侵入问题。
3 复合材料垂直安定面壁板设计3.1 设计思路和方法垂直安定面按刚度要求设计,以保证全机的稳定性和足够的颤振裕度,并保证舵面操纵灵活与可靠,后掠效应增载和薄蒙皮设计,要求翼面壁板稳定性足够。
整体壁板的制造
四、整体壁板的成形
整体壁板由于尺寸大，材料厚，带 有各种加强筋和凸台，外形准确度要求 高，在成形问题上存在很多困难。 由于壁板的规格、品种很多、尺寸 大小不一，外形曲度有很大变化，所以 需要针对具体零件的特点，工厂的生产 条件，工人的技术水平，试制周期，生 产批量等进行具体分析，订出切实可行 的工艺方案。
—— 整体壁板的滚弯成形
—— 整体壁板的滚弯成形
单曲度整体壁板不仅可用闸压成形 也可用滚弯成形。成形时在内表面垫 以硬塑料板，此塑料板预先加工出窝 存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚 弯，避免由于筋条而阻碍滚弯。
—— 整体壁板的拉形
沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用 普通机床亦可拉形简单型式的整体壁 板，但通常需要专用的复杂工夹具。 复杂整体壁板由于有筋条部位和无 筋条部位之间刚度差异很大，通常在 拉形后表面出现严重凸凹不平，因此 一般需采用专用拉形机拉形。
2．整体壁板的喷丸成形
喷丸技术早期主要用于强化工件 表面层，使表面产生压缩应力，达到 提高疲劳强度和抗腐蚀能力的目的。 后来随着整体壁板的出现，喷丸技术 又为成形整体蒙皮的工艺方法之一。
（1）喷丸成形原理
弹丸由压缩空气吸入喷嘴，又由喷嘴 向工件表面喷射。 所谓喷丸成形即喷射弹丸的喷嘴对准 工件要求部位喷射弹丸，打击工件表面层， 使之产生塑性变形达到成形目的。 弹丸打击到工件表面，表面层会出现 许许多多凹坑，凹坑周围金属向径向排挤。 其结果是上表面的面积增加，其自然趋势 是拱起。
整体壁板
柱形壁板
锥形壁板
凸峰壁板
马鞍形 壁板
飞行器数字化制造技术
在浅筋条小曲率壁板的研制生产中，采用先进的喷 丸成形技术。波音的数控喷丸系统，不仅可控制成形参数， 而且可预测和控制喷丸强化与抛光工序对壁板外形的影响，
在高筋网格式整体壁板研制生产中，开发压弯与喷丸 复合成形技术，发展了带自适应系统的数控压弯机。
对大型飞机的超大型壁板发展了应力松弛成形/校形 技术，洛克威尔公司和美国空军联合开发这种技术，用于 制造B-1B轰炸机的机翼上、下壁板，长50mm，最大宽度 9mm，厚度从0.1mm变到2.5mm，带有突变和筋条，据称 是世界上用该技术成形的最大壁板。
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5 高速切削技术的应用
高速加工（High Speed Machining,HSM）被认为是
21世纪机加工艺中最重要的手段。高速切削是高切削速度、
高进给率和小切削量的组合。高速切削与常规切削相比具
有明显优点：加工时间减少约60％～80％，进给速度提高
5～10 倍，材料去除率提高3～5倍，刀具耐用度提高70％，
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4 DNC技术广泛应用
发达国家飞机制造公司大多数在20世纪80年代就 已经广泛地应用了分布式数字控制技术（DNC）。波 音公司在Wichita 军机分部建立的一个DNC系统，大 约连接有分布在若干不同车间中的130多台数控设备, 包括加工中心、大型铣床、数控测量机。麦道、MBB 和extron工厂等都建立了DNC系统。美国大约有2万 多家小型飞机零部件转包制造商，60％～80％都使用 了DNC系统。采用DNC技术具有明显的经济和技术效 益，通常可提高生产率15％～20％。
2个刀具库
2个换刀机器人，用于向12台立车换刀服务
装有巴鲁夫只读型刀具辨识芯片系统，以验证换刀的正确性
整体壁板损伤容限特性与修理技术研究
第２ ６卷
第 ５期
中 国 民 航 大 学 报 学
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＶＩ ＡＶＩ Ｉ ＯＦ ＣＩ Ｌ ＡＴ ＯＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖ０ ＿６ ｌ Ｎｏ５ ２ ． ０ｃ ｏ ｅ ２ Ｏ８ ｔｂ ｒ Ｏ
２０ ０ ８年 １ ０月
整体 壁 板损伤 容 限特 性 与修 理 技 术研 究
ａ ｎｉｅ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｉ．Ａ ｏ ｒｅ —ｓｒｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｌｐ ｎｅ ｓａ ａ ｙ ｅ ｏ ｋ ｎ ｃ ａ ｋ ｐｒ ｐ ｇ ｔｎ ｈ ｏ ｇｈ ｎｄ ｆ ｔ ｌ ｍｅ ｔａ ａｙｓｓ ｉ ｆ ｕ ｔｅｎ ｔ ｇ ｒｉ ｔ ｇ ａ ａ ｌｉ ｎ ｚ ｄ ｆ ｒａｓ ｉ ｒ ｃ ｏ ａ ａｉ ｇ ｔ ｒ ｕ ｉ ｌ
李旭东 ， 志东 关
（ 北京航 空航 天大学 航空科学与工程学院 ， 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ： 有 限元 和 断 裂力 学 方 法 分析 大型 飞 机 机 身 整 体 壁板 的破 损 安 全 特 性 。 以一 个 十 四 桁 条 的 铝 合 金 整 体 加 用
筋 板 为例 ， 算 了裂 纹从 中部 蒙皮 向 两侧 均 匀扩 展 并跨 过 筋 条 的 应 力 强度 因子 ， 和 相 同构 型 的 铆 接 壁 板 计 并 进 行 了结 构对 比 。应 用 Ａ Ｓ Ｓ对 整体 壁 板 及 损 伤 后 双 面 修 补 壁板 进 行 有 限元 分 析 。研 究 不 同厚 度 补 片对 ＮＹ
三维编织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究
三维编织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究三维编织复合材料具有良好的结构整体性,能有效克服传统层合复合材料层间强度低、易分层等弱点,使其在飞行器机体结构上的应用前景日益广阔。
三维编织复合材料整体加筋壁板作为一种新颖的轻质高效结构型式,研究该加筋壁板结构稳定性,探寻结构屈曲及后屈曲行为,评估结构极限承载能力,是确保结构安全需亟待解决的重要问题之一。
然而,由于三维编织复合材料细观结构尤其复杂,显著增加了该材料整体加筋壁板设计与分析的难度。
因此,如何根据三维编织复合材料整体加筋壁板宏细观结构特征,建立结构稳定性分析力学模型,并系统研究材料工艺参数及结构参数对结构稳定性的影响规律,具有重要的研究价值和工程意义。
本文基于三维编织复合材料结构宏细观结构特征,采用跨尺度力学建模思想,深入研究了三维四向编织复合材料壁板和整体加筋板在典型载荷工况下的结构稳定性。
首先,在细观尺度方面,根据四步法编织工艺,研究了不同区域纱线的空间运动规律和分布构型,重点建立了材料内胞和表胞的参数化实体单胞模型,提出了三维四向编织复合材料的双层表面胞元模型,建立了基于内胞和双层表面单胞的材料弹性性能有限元力学模型,结合实验数据验证了材料弹性性能预测模型的有效性,并详尽讨论了编织角和纤维体积含量对材料弹性性能的影响规律。
其次,在宏观尺度方面,提出了三维四向编织复合材料“叠层胞元力学结构模型”,建立了壁板及加筋壁板稳定性有限元分析力学模型,研究了其在压缩及剪切载荷工况下的屈曲特性,系统讨论了编织角、纤维体积含量、壁板尺寸等对结构屈曲特性的影响。
最后,设计了典型三维四向编织复合材料整体加筋壁板结构,采用非线性有限元方法研究了其在轴压载荷下的后屈曲行为,分析了压载作用下结构的平衡路径和屈曲模态,获得了结构内力分布特征,并详尽讨论了纤维体积含量、编织角、筋条数目等参数对结构后屈曲行为的影响规律。
复合材料“工”字型加筋壁板共胶接翘曲变形研究
复合材料“工”字型加筋壁板共胶接翘曲变形研究作者：李雪芹翟全胜张子龙，等来源：《新材料产业》 2013年第3期文/ 李雪芹1,2 翟全胜1 张子龙1,2 益小苏1,21. 北京航空材料研究院2. 先进复合材料重点实验室复合材料以其低密度、高比强度、高比模量，抗腐蚀、耐疲劳等一系列优点，已在航空航天领域得到广泛应用，其应用部位已由非承力部件及次承力部件发展到主承力部件，并向大型化、整体化方向发展[1]。
整体化复合材料结构，是指结构在设计制造时尽量采用一次成型的技术取代由零部件经紧固件进行连接组合而形成的整体化结构，这些整体结构常常由平/曲面板与框架或筋条组成，其成型工艺分共固化、共胶接、二次胶结、液体成型等方式[2]。
“工”字型加筋壁板结构作为能有效提高蒙皮抗弯曲性能的复合材料零件设计方式之一，被大量应用于航空、宇航、船舶的承力结构中[3,4]。
由于复合材料本身各向异性的热胀冷缩效应、基体树脂的化学反应放热效应、树脂的化学收缩以及复合材料与成型所用模具材料在热膨胀系数上的显著差异等原因，整体化复合材料结构脱模后会发生尺寸和形状改变。
过去对于工艺引起的复合材料变形的研究主要专注于带拐角制件角度的回弹，即spring-in现象[5-7]。
整体化复合材料加筋壁板结构的变形没有得到广泛的关注和深入的研究，仅有一些研究者关注由于制件的铺层结构形式对结构变形的影响[8]，对不同成型工艺导致不同的翘曲变形研究很少。
在一个大尺寸实际结构件的制作过程中，制件脱模后在长度方向（Z方向）上产生较大的翘曲变形，如图1所示。
本文采用有限元分析方法对成型过程进行模拟仿真，分析未固化的筋条与已固化的蒙皮进行共胶接工艺时长度方向产生较大翘曲变形的原因，为优化复合材料加筋壁板的共胶结工艺提供研究基础。
一、过程分析未固化的筋条与已固化的蒙皮进行共胶接的成型工艺如图2所示，整个工艺过程可以分为4个阶段：加热阶段、恒温固化阶段、冷却阶段和冷却后脱模。
高强铝合金薄壁高筋大型壁板精确成形制造技术研究
第５卷 第１期２０２１年１月宇航总体技术Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．５Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０２１收稿日期：２０１９－１２－１２；修订日期：２０２０－０３－１２基金项目：国家自然科学基金（Ｕ１８３７２００１３）作者简介：李倩云（１９７４－），女，硕士，高级工程师，主要研究方向为运载火箭结构设计。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙｂｚｙｒｓｂｔ１＠１２６．ｃｏｍ高强铝合金薄壁高筋大型壁板精确成形制造技术研究李倩云，胡 勇，王 辰，王 迪，张 东（北京宇航系统工程研究所，北京１０００７６）摘 要：针对现有铝合金薄板加筋条铆接或轧制厚板铣削的制造方式已经难以满足新型运载火箭舱段壁板在轻量化、高性能和低成本快速制造等方面的发展需求，从挤压成形所具有的高效率、高成形精度和良好的稳定性等特点出发，围绕高强韧高成形性可焊铝合金设计、高纯均质熔铸工艺、挤压流变整体成形以及复杂断面构件热处理调控的研究，提出采用带筋筒形件挤压开坯、精近成形后剖展的方法，制造宽幅薄壁高筋壁板，在降低宽幅薄壁高筋壁板对工装高要求的同时提高成形稳定性，并兼具高效、低成本、高性能等特点，能够支撑轻质高强薄壁大型舱段的高性能、低成本、高效制造。
关键词：薄壁高筋大型壁板；高强铝合金；强塑性变形；形性协同 中图分类号：Ｖ４２１ 文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－４０８０（２０２１）０１－００１９－０８Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＬａｒｇｅＴｈｉｎ Ｗａｌｌ Ｐａｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｒｉｂｓ Ｍａｄｅ ｏｆＨｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ＡｌｌｏｙＬＩ Ｑｉａｎｙｕｎ，ＨＵ Ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎ，ＷＡＮＧ Ｄｉ，ＺＨＡＮＧ Ｄｏｎｇ（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｒｉｖｅｔｉｎｇ ｒｉｂｓ ｏｒ ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｆｒｏｌｌｅｄ ｐｌａｔｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｎｅｗ ｌａｕｎｃｈ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃａｂｉｎ ｗａｌｌｐａｎｅｌｓ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ，ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈ ｆｏｒｍｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｎｏｖｅｌ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ，ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｔｅｇｒａｌ ｅｘ－ｔｒｕｓｉｏｎ，ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｙｍ－ｍｅｔｒｉｃａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｏｆ ｒｉｂｂｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｄｉｓｓｅｃｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｐｒｅｃｉｓｅ ｃｌｏｓｅ－ｆｏｒｍ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｉｎ ｗａｌｌ ｐａｎｅｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｉｂｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｉｔｈ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅ－ｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｗｉｄｅ－ｗｉｄｔｈ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌ ｐａｎｅｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｉｂｓ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｉｍ－ｐｒｏｖｅｄ．Ａｌｓｏ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌ ｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅｄ ｃａｂｉｎｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔ．宇航总体技术２０２１年１月Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｉｎ ｗａｌｌ ｐａｎｅｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｉｂｓ；Ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；Ｓｅｖｅｒｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍ－ａｔｉｏｎ；Ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ０ 引言运载火箭是完成国家重大航天工程和实现航天强国的基本保证，《２０１７—２０４５年航天运输系统发展路线图》规划中提到［１］，到２０２０年，我国长征系列运载火箭将达到国际一流水平，同时面向全球提供多样化的商业发射服务，并实现运载火箭的低成本制造，这对火箭结构的高性能、低成本、高效制备提出了更高的要求。
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多优点，已取代旧式铆接结构成为现代化 飞板坯制成 的
飞机结构承力件 ，具有若 干整体 的结构要 素 （ 如蒙 皮、长桁、筋条等） 。整体壁板的外表面是飞机的机
据接口，获取翼型曲面及重要结构线的拓扑信息。
根抻拓扑信息对 飞机 ｌ面进行有 限元 网格划 分，得到离 敞单 ｝ ｝ Ｉ Ｉ
工得到机翼展开状态下 的平板 ，针对浅筋条小 曲率
后者的优点是需要壁板毛坯薄，铣削量小 ，只 需三坐标机床 ，加工成本低，保证 了零件毛坯的纤
维结构，压弯成形的壁板整体性 能优 于直接铣削加
壁板采用喷丸成形技术 ；高筋条 网格 式整体壁板采
用压弯与喷丸复合成形技术 ，得到最终 的机翼整体
及处理方 法 。
关键 词 ： 整体壁板 ｆ数字化模型
中幽分类号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ９ 文献标识码 ： 文章编号 ：１ ０－９ ０ （０ ６ ６０ １ －５ ０ ０３ ４ ２０ ）０ －１ ００
Ｄｅ ｅｏ ｎ ｅｏ ｓｒ ｃ ｈ ｕ ｒｃ ｌ ｄ ｌ ｆｔｅｆａ ａ ｅ ｎ Ｃ Ｉ ｖ ｌｐａ ｄ ｒ ｃ ｎ ｔｕ ｔｔ ｅｎ ｍｅ ｉａ ｍｏ ｅ ｈ ｔｐ ｏ ｌ ｎ ｌ ｉ Ａ
ｌ 将得到的四 边形网 格数据导入 Ａ Ｉ的数据接１。 Ｃ ＴＡ ： 绘制不可 １
ＩＪ 蔗曲面 的近 似展 开形状
ｌ 以重 新绘制的展开曲面为基准，存Ｃ ＴＡ Ａ Ｉ下绘制展开的重强
ｌ 结构线
图 ｌ ＤＥ ＭＡＰ Ｓ系 统 流程 图
Ｆｉ． Ｆｌｗ ｈ ｒ ｆＤＥＭ ＡＰＳ’ ｙ ｔｍ ｇ１ ｏ ｃ ａ ｔｏ ｓｓ ｓｅ
元格数据
翼气动外形 ，具有特殊 的外形 曲面要求。为了保证
机翼壁板的加工质量和效率，通常都采用数控加工 ，
一种复合材料多墙式共固化整体壁板成形模具[发明专利]
![一种复合材料多墙式共固化整体壁板成形模具[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ea8b8fccccbff121dc368313.png)
专利名称：一种复合材料多墙式共固化整体壁板成形模具专利类型：发明专利
发明人：马丽莎,孔令军,章伟,胡小华,刘杰,李建军,赵明,邹俊磊,鄢和庚,张宇岑,王巍,彭忠明,徐志勇,高慧聪
申请号：CN201711231681.2
申请日：20171130
公开号：CN108284620A
公开日：
20180717
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种复合材料多墙式共固化整体壁板成形模具，包括壁板成形模、膨胀橡胶软模、墙定位块、桁架，根据复合材料壁板结构设计，按照铺设一根预固化墙工序铺设所需墙，待所需墙铺设完毕后，在壁板成形模上铺贴壁板；壁板和预固化墙分别铺贴完成后，在预固化墙未固化时取出墙形铺贴模后，再在预固化墙的形墙面放入膨胀橡胶软模，按三根墙的墙轴线将预固化墙与桁架定位固定；并在预固化墙的各筋条之间放入橡胶软模，最后将真空袋穿过墙定位块上表面设置的定位销孔进行组装气密；通过墙定位块施加外压和膨胀橡胶软模加压的双重加压方式，进入热压罐共固化成形；有效减少墙缘条产生的架桥缺陷，同时确保带有下陷的墙上缘条的外形质量。
申请人：江西洪都航空工业集团有限责任公司
地址：330000 江西省南昌市新溪桥5001信箱460分箱
国籍：CN
代理机构：南昌新天下专利商标代理有限公司
代理人：施秀瑾
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整体壁板优点
• 与传统装配式壁板相比, 整体壁板主要有 以下优点:
• (1) 可以灵活选择几何构形, 实现复杂的 空间曲面,以满足飞机光滑过渡的气动外 表面的需求或空间飞行防护的要求;
• (2) 可以减重10%～30%, 减重效果明显; • (3) 扩大自动化设备的使用规模, 从而大
大减少手工装配劳动量, 将装配序 的 周期和工作量缩减80%～90%;
整体壁板优点
• (4) 加强筋较高，可以做成多种截面形 状, 筋条在蒙皮上的分布可以呈平行、三 角形、 梯形、网格形和点辐射形等;
• (5) 蒙皮和筋条之间采用圆角过渡, 可显 著降低应力集中程度, 将部件和组合 件 的疲劳性能提高20%～30%;
• (6) 高筋条整体壁板既提高壁板内部分 强度和刚度, 又提高其气动表面与外形的 装配质量。
成形方法
• 目前，高筋条整体壁板一般是 通过闸压、滚压、喷丸、蠕变 成形、超塑性成形等方法获得 最终成品壁板。
高筋条整体壁板
高筋条整体壁板
高筋条整体壁板是由整块板坯制成的飞 机整体结构件，筋条高度一般大于 30mm，整体壁板结构要素 （如长桁、 蒙皮加强垫板等）之间无任何连接，筋条 一侧起到承载飞机重量、加强结构强度的 作用，无筋条一侧构成飞机的气动外形。
整体壁板分类
• 按整体壁板在飞机上的位置及作用 分为：机翼壁板 、机身壁板、尾 翼壁板。