新形势下航空制造发展探讨

在航空工业发展的历程中,材料与制造起了什么样的作用?二者是如何互动和发展的?

“一代材料、一代飞机”。早期,飞机用料为木材、亚麻时,是作坊式制作;由于金属的使用,兴起机械加工;逐步发展成为工厂化的高效综合作业,进而开启规模化、数字化以及伴生的新组织样式融合发展的现代格局。所以,全面的说法应该是:一代材料、一代制造、一代飞机。

现在,飞机的用料是混合式的,以结构用料为例,有金属、高性能金属,还有正在越来越广泛应用的各种复合材料。制造技术也是混合式的,金属加工仍有发展的巨大空间,高效高精度的加工手段还在进步,新的革命性技术,譬如增材制造已经出现。而更深刻的变化在于,新材料技术越来越与制造技术不可分割,以发动机热部件和大型承力整体结构件为代表,以高性能复合材料和超材料技术的出现为信号,材料制造一体化的时代真正到来了。

当前航空制造技术领域最值得关注,未来有可能产生重大影响的技术有哪些?

由于航空制造的特殊性,制造领域必须关注使能技术与生产模式的结合,关心若干技术聚合而产生的集群效应。在这个意义上,应从现代制造和极端制造的视角来看待航空制造。现代制造的四大要素是:(1)两化(工业化与信息化)深度融合;(2)面向制造的设计;(3)基于模型的系统工程;(4)先进使能技术与基础技术构筑的支撑环境。在航空工业实施最早、效果也最好的CIMS工程,就有两个含义,一是计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System),二是现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing Systems)。一字之差,涵义有很大扩展。随着工程的深入,我们越来越多地使用后面的定义,反映了对于“现代制造”的认知。而极端制造是指制造极大或极小,以及极高性能、极高精度的器件、分系统以及整机产品,小到大容量集成电路和基于纳米技术的微机电,大到对安全性、可靠性有至高要求的航空产品,尤以航空发动机为最。今后,航空制造仍将对现代制造和极端制造技术保有旺盛需求,同时,航空工业也是这两类制造技术培育更丰硕果实的土壤。

关键制造技术有很多,每一项都不能偏废和忽视,应协调、配套发展。相对而言,复材制造、增材制造和智能制造这3项技术带来的影响可能更全面、更深刻。

以碳纤维为增强材料的复合材料正是在20世纪50年代顺应航空航天之急需而出现的,现已成为结构用料的主体,在现代军、民机结构中的用量比例已分别高达30%和50%以上。当前,复材制造的许多基础性问题,如面向复材制造的设计、自主保障、低成本复材、非热压罐成形等,尚未解决,而复合材料用于热结构(特别是金属基/陶瓷基复合材料)和智能/自适应结构等特殊结构样式时,还有一些新的挑战。这些问题都要在成本约束和满足高加工效率的要求下来解决和应对,这就更增添了困难。

蓬勃发展的增材制造正在颠覆传统的减材制造,将带来更高的质量与效率,并挑战和推动传统设计的变革,如整体性、极简化等。智能制造则不仅是以人工智能技术为基础的一系列新技术的集成应用,还将带来航空制造组织与流程的再造。

能否介绍一下增材制造技术的前景以及加快这项技术应用和发展的建议?

增材制造技术有6方面需要解决:(1)在增材制造的宽广领域(非金属、金属、生物等),就技术体系和航空领域的广泛应用,进行规划与战略布局;(2)以军民融合为契机,找到产学研联合的适当形式,以加快产业化进程;(3)探究机理,优化工艺,改进设计,扩大飞机大型金属结构件的增材制造应用;(4)重视航空发动机领域增材制造技术应用,研究现行技术体系下应用该技术的可能性,研究与结构整体化的互动关系;(5)预判该技术的未来发展,探讨该技术对传统设计的反作用,促进设计、工艺理念与方法变革,寻找跨越和超越的路径;(6)研制系列化增材制造装备,推动与保障增材制造技术发展和应用的迅速扩展。

(来源:微信公众号 航空制造技术)

 

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