【威视点•制造创新】2014值得关注的航空制造技术突破（之一）
从本期开始，航空工业发展研究中心青年学者、国防制造创新问题研究专家刘亚威将为您连续3期一一解读2014年值得关注的航空制造技术突破。今天给您讲述的是“非热压罐成形技术用于MS-21机翼主承力构件生产”。
这是什么技术：非热压罐成形技术是一种低成本的复合材料构件制造技术，它最大的特点就是在复合材料固化过程中不使用热压罐。非热压罐制造技术目前有两大技术方向：干纤维液体成形技术以及预浸料真空成形技术，MS-21机翼使用的技术属于前者。
为什么值得关注：一般来说，当前大型飞机的复合材料机翼主承力构件都是碳纤维预浸料铺放成形，然后在大型热压罐中固化，波音787和空客A350都是如此。但使用热压罐能耗高、效率低，飞机制造商一直在寻找不依赖热压罐的替代方法。MS-21单通道客机机翼的制造，将是大型飞机历史上首次采用非热压罐成形技术批量生产复合材料机翼主承力构件，就像波音787划时代的复合材料用量一样，对航空制造影响深远，可以说是掀起了一轮复合材料制造的非热压罐变革。
俄罗斯MS-21单通道客机
MS-21承载了俄罗斯复兴民用航空的梦想，但其一出世就遭遇重重压力，一边是垄断单通道客机市场数十年的波音737和空客A320，一边是强劲的新对手庞巴迪C系列和商飞C919。面对夹击，重量更轻、成本更低就成了MS-21凸显竞争力的制胜法宝之一，制造商俄罗斯联合飞机制造公司（UAC）将宝押在了非热压罐成形技术制造机翼主承力构件上。
UAC选择了机翼翼梁、蒙皮壁板和中央翼盒的6个截面壁板这些主承力构件，委托旗下航空复材公司进行干纤维树脂浸渍工艺（一种干纤维液体成形技术）的开发。干纤维树脂浸渍工艺的特点是用液体树脂以压力注入干纤维预成形件然后成形，固化过程使用固化炉而不依赖热压罐，它可以节省大量的纤维预浸、运输、保管费用，设备投资和能耗也较低。经过多年的发展，该类技术已经日趋成熟并且在空客A380、波音787等大型民机的次承力构件上得到一定运用。干纤维树脂浸渍工艺“投入更少、能耗更低、重量更轻”，是俄罗斯人选择它的主要理由。
MS-21机翼翼盒原型件
MS-21的机翼开发团队汇集了世界顶尖的碳纤维和树脂供应商、复合材料制造设备供应商，以及奥地利的两家复合材料结构件制造商——FACC公司和钻石飞机公司。开发团队进行了大量的实验研究和方案选择，最终克服了工装和工艺设计平衡、干纤维铺放精度和树脂浸渍与固化质量这三个挑战。其中最重要的一个标志性成果，是钻石飞机公司所称的机翼原型件达到了0.3%的孔隙率，可以说完全达到了热压罐固化的高质量水平。在这一点上，俄罗斯人成功摆脱了前苏联给人留下的“傻大笨粗”印象。2014年，航空复材公司装配了首个全尺寸外翼。按计划，2015年，该机将会完成总装下线，并且实现首飞。
MS-21机翼进行静力试验
非热压罐成形技术在相当长一段时间内不会威胁热压罐的主体地位。这项技术的大发展，将主要取决于未来单通道客机的发展，波音、空客以及GKN等制造商也已经机翼非热压罐成形这个方面进行了大量研究。也许在未来10年内，我们就能看到非热压罐成形技术在机翼上的广泛应用，未来20年内，机身上的应用将进一步扩展该技术的占有率。据预测，如果波音737max、空客A320neo的后继机型能够实现机体结构复合材料用量达到60%，那么到2032年，使用非热压罐成形技术制造的复合材料航空结构件将占据40%。届时，该技术将成为未来单通道客机主承力构件的“标配”，真正做到颠覆现有的航空制造模式。
（航空工业发展研究中心 刘亚威）
作者简介：
刘亚威，航空工业发展研究中心青年学者，国防制造创新问题研究专家，足迹遍布全球几十个国家，对国外先进制造技术、智能制造、制造成熟度等有深入研究与独到见解。
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