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新技术:MC-21机翼,世界第一个使用非热压罐固化工艺

航空苑 2021-12-22

MC-21,从外面看,看起来很普通,和其他窄体飞机没什么区别。但俄罗斯飞机有一部分是独特的,可能在航空领域开创新的发展。

MC-21是世界上第一个使用非热压罐固化(OOA)技术建造的复合材料机翼。


MC-21有什么新特性?

俄罗斯备受期待的窄体飞机MC-21将在几周内获得认证。

乍一看,就设计和空气动力学而言,它相当普通,但这架飞机的机翼有一些特别之处。

MC-21将成为世界上第一架使用“非热压罐工艺(OOA)”制造复合材料机翼的商用飞机。

这一过程在商业航空中是不寻常的,它使得制造商可以把机翼做得更轻、更薄、更结实。

伊尔库特在一份声明中解释说,

“使用刚性和轻量的复合材料使开发高展弦比的机翼成为可能,并改善MC-21的空气动力学,这反过来允许增加机身直径,使乘客更舒适。”机翼是使用独特的真空灌注技术制造的,在俄罗斯获得专利。”


许多飞机在建造过程中使用复合材料,有时很少,有时更多。例如,碳纤维增强聚合物(CFRP)翼盒结构已经存在了几十年。

首个在中翼盒中使用碳纤维的是空客的A380。在8.8吨的结构中,5.3吨由碳纤维制成。

就机翼本身而言,波音787梦幻客机、空客A380和波音777X都使用碳纤维复合材料。军用机A400M也有。但所有这些机翼和部件都是使用热压罐固化生产的,其中的树脂是在高压烤箱中烘烤,以硬化和融合其结构材料。

制造足够大的热压罐用于航空航天工业是一个昂贵的过程。例如,据Composites World报道,NASA尝试建造一个40英尺× 80英尺(12米× 24米)的热压罐的想法,以固化直径为10米/33英尺的运载火箭桶,并发现建造成本约为4000万美元,安装成本约为6000万美元。


传统的高压罐建造和操作都很昂贵。

非热压罐制造不需要建造这些巨大的高温烤箱。相反,树脂是通过真空、压力和加热的组合固化的。

众所周知,该工艺成本更低,操作更简单,而且由于它有效地消除了材料中的空洞,从而产生了更高质量的产品。

尽管OOA节省了时间和成本,但很少用于大型飞机部件。事实上,迄今为止唯一真正采用OOA流程的飞机是洛克希德·马丁公司的X-55高级复合材料货机(ACCA),这是一种实验型货机,没有投入生产的计划。也就是说,直到MC-21出现。

MC-21的机翼本质上是一个标准的设计,有上下蒙皮,内部有弦,肋骨和桁梁以增强强度。除了翼肋,所有的部件都是复合材料的。制造机翼的aerocomposite公司选择使用OOA注入方法来生产这些复合材料部件。


OOA过程使用更简单、更便宜的设备。

这是俄罗斯航空航天的一个新里程碑。在一个以热压罐制造为标准的行业中,放弃这种传统技术而选择一种尚未被真正尝试和测试的方法是一个勇敢的选择。

正如杰夫•斯隆在《复合材料世界》(Composites World)中所详述的那样,该公司确实得到了其他同行帮助。

他说:AeroComposit不仅得到了Solvay公司的帮助,还得到了合作伙伴Diamond Aircraft(通用航空)、航空复合材料制造商FACC (fried Im Innkreis,奥地利)、自动化专家MTorres (Torres de Elorz,西班牙)和输液设备专家Stevik (Cergy,法国)的帮助。

该公司不仅希望在MC-21机翼上使用OOA注入技术,还希望尽可能地使用自动化。这不是一个简单的过程,但通过反复试验和多次设计修改的组合,aerocomposite最终实现了这一目标。


aerocomposite公司开发了新的自动化技术来制造机翼部件。

一种独特的专利工艺

OOA工艺的使用使伊尔库特公司能够使用比传统方法更薄更轻的机翼。

它也允许MC-21拥有比任何竞争对手更宽的舱室。AeroComposit公司的总经理Anatoly Gaydansky告诉《复合材料世界》杂志的斯隆,这一过程最终成为一种独特的专利程序。

他评论说:“我们公司开发的技术包括安装两个膜。此外,我们正在实践我们自己的专利真空袋装方案。可以说,我们创造了另一种灌注技术,特别适用于建造大型主要结构元件。”


最终的结果是机翼更轻,更薄,复合材料中的空隙更少。

据报道,每一组机翼的复合材料部件的串行生产花费了大约两个月的时间。但随着产量的增加,未来这一时间将缩短至一个月。随着装配过程的进行,机翼将在大约四个月的时间内完成。

由于2018年对俄罗斯的制裁,伊尔库特无法从海外获取合成线。因此,俄罗斯开发了自己的复合线生产设施,并于今年5月完成了第一套全俄罗斯制造的机翼。

Irkut公司和aerocomposite公司有效地为OOA在主要结构中的应用开发了蓝图,这可能是航空复合材料应用新时代的开始。


第一架的全俄罗斯机翼于今年5月交付。

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