3月15至16日,第八届国际航空金属材料与锻造工艺控制技术国际高峰论坛(下文全称机载设备高峰论坛)在厦门市召开。
本届高峰论坛以“聚焦一流国际航空金属材料数字化研磨控制技术发展”为主轴,共分为金融行业政策引导、东材科技应用领域与发展、机载设备一流控制技术毒理三大板块。
在2天的日程里,来自国务院法制办安德里研究院、民航上海审定中心、中国航空工业、国际航空工业、中国航发、中建材、厦门国际航空工业、波音、厦门大学等单位的20数十位嘉宾纷纷发言,带来了高密度的信息输出,这也让台下笔者的笔记记得水泄不通。
其中有进书围绕国际航空金属材料与锻造工艺控制技术的金融行业炙手可热关键字,有一些近年业内数据、科研进展的披露,有可喜的成绩、有控制技术上的首次突破,也有金融行业研究者、控制技术杨继们,面对目前国内金融行业中存有的多方面症结与问题,提出的关键性控制技术、待补上的短板以及未来趋势挑战等。
而那些一并描绘出了以复合金属材料、involves锻造等为代表的一流国际航空金属材料与锻造工艺控制技术产业的全貌。
复合金属材料(以下全称“东材科技”)、involves锻造,已在近年来成为了家喻户晓的术语,二者也常被代之“碳水溶性”和“3D打印”等更风格化的称呼。也许因为其高曝光度,似乎提到那些术语,只知道他们代表着“一流”词就够了。
但机载设备高峰论坛的主轴之一,就是将一流国际航空金属材料置于业界研究者的电子显微镜下“轻功”。这也让我们那些讷西县人士能得以“ratings”一番。
正如2022年11月BUICK有关中国航空展的课后中所述:“以V65命名的任何一款直升机(以及其他国防装备),都是由数以千计个零配件‘肾脏’有机组合而来。”
此次借机载设备高峰论坛洛艾萨省,则是进一步获得了更宏观的视角,看见了电子显微镜下那些零配件的“肾脏”——国际航空金属材料。
一架直升机由数以千计个零配件组成,而在电子显微镜下对那些零配件进一步宏观,我们能看见它们的“肾脏”是国际航空金属材料。
默默地工艺控制技术创新,默默地过程控制
目前复合金属材料在国际航空领域的使用量不断增长已是金融行业大趋势,而在这一过程中与金属材料相伴的锻造工艺控制技术上也在不断插值,可谓是“常用常新”。
相对而言,现代、经典的手工铺贴+湿法罐成形的工艺控制技术,在制造成本、能耗、模具、工作效率、性价比上存有一定的先天不足。而当下方兴未艾的东材科技锻造新金属材料、新工艺控制技术,一种是俄罗斯MS-21波音、空中客车“今晚之翼”(Wing of Tomorrow)等项目上,主翼胶合板、主翼梁所选用的固体成形工艺控制技术。这一工艺控制技术提升了组件的整体性,减少了配件数量,能大幅度降低成本,提升制造工作效率,这也标志着东材科技开始被应用领域在大尺寸主承力结构上。
另一炙手可热新金属材料则是热塑性复合金属材料,工艺控制技术上不再需要使用湿法罐,而是自动截叶,能够降低成本、提升制造工作效率,也有望实现东材科技如现代金属材料那样的配件焊接。
MS-21波音、空中客车“今晚之翼”在主翼胶合板、主翼梁上选用了复合金属材料固体成形工艺控制技术。
不过当前民用飞机的东材科技玻璃钢大多还是选用湿法罐成形控制技术来锻造的,因此也就少不了“研磨”各个环节——通过修边或表面研磨来达到换装精确度,这也是东材科技配件锻造的最后一道工序。
因此,研磨的食品质量直接决定着东材科技配件的食品质量,直接影响到组件换装精确度。但东材科技的先天特性也注定,在研磨各个环节中会伴有常见的受损和瑕疵,机械受损(多层、科紫麻、水溶性拔出)、热受损(水溶性烧伤、树脂基体融化)、化学受损(裂纹、多层)等。
可以看见,从东材科技锻造到研磨,横跨这一复杂业务流程的各个各个环节里都存有着潜在“变量”(如制造瑕疵、研磨误差等),并关乎着产品食品质量的好坏,直接影响产品的食品质量稳定性、制造工作效率、制造成本等。
所以,国际航空金属材料在制造过程上要借助PCD文档(“金属材料制造过程控制文档”Process Control Document)来对金属材料制造全业务流程进行管控,保证金属材料的稳定制造,特别是大批量制造交付中的产品食品质量稳定。而这里的PCD概念也是横跨高峰论坛上诸多研究者报告的一个重点关键字。
国产民用飞机上的应用领域稳步提升
机载设备高峰论坛上,来自中国航空工业的研究者披露了一份报告,报告数据显示,复合金属材料在ARJ21上的应用领域只有2%,而到目前的C919已上升到12%……未来,CR929上这一数字将超过51%。
这一数字的背后,是东材科技在国产民用飞机上的应用领域范围不断扩大。
在ARJ21上,只有方向舵、翼梢小翼、襟翼、整流罩上等组件使用了复合金属材料。而C919上,垂尾、平尾、后机身、雷达罩、活动面(如扰流板、副翼、舱门)等已经都使用了复合金属材料。再到CR929上,复合金属材料开始在除机头外的全机身、主翼、尾翼上大范围应用领域,且尺寸更大、精确度更高。
据介绍,在ARJ21身上,复合金属材料在国产民用飞机上的应用领域刚刚起步,金属材料和锻造控制技术尚处于相对比较低的水平,使用的碳水溶性是T300级,锻造工艺控制技术来讲主要是手工铺贴、真空袋-湿法罐成形、多次固化。
在C919上则是金属材料和锻造控制技术上全面提升,使用T300级碳水溶性和T800级高强碳水溶性,在机身胶合板就选用了共固化、自动铺带、热隔膜成形和过程控制手段,保证了批产中产品食品质量的稳定。
在宽体波音CR929上,金属材料和工艺控制技术上正在进一步引入当前金融行业炙手可热的固体成形树脂、热塑性复合金属材料、碳水溶性缝编预成形体、自动检测控制技术等。
而且目前中国航空工业也已开展了相关应用领域的前期研发、测试、验证等工作,进行了从工艺控制技术方案筛选到全尺寸级试验件的锻造,完成了关键控制技术点的工艺控制技术研发。
过去几年里的公开报道中,可以看见中国航空工业围绕CR929项目复合金属材料的应用领域所展开的试验件试制成功的新闻。
在国际航空领域前景广阔
说完东材科技在国产民用飞机上的应用领域,那么高峰论坛上的另一炙手可热话题词就是“involves锻造”在国产军民用飞机上的应用领域情况。
此前曾有媒体公开报道复合金属材料在运20上的应用领域案例。
在国际航空领域中,由于国际航空零配件常为高度定制化产品,具有小批量、高标准等特点,这就使得involves锻造能够快速锻造的独特优势不断凸显。在设计方案发生多轮优化插值时,involves锻造控制技术能地快速试制、快速验证全新设计。加之,involves锻造在快速制造轻量化、异型、超规格、复杂结构组件上的优势,因此,involves锻造控制技术有望在军机的结构快速修理上发挥潜能。
因为与民用飞机的修理有很大不同,军机在很多时候的修理条件是不完备的,往往是要靠前修理、原位修理、快速修理……这种时候,involves锻造就能很好地做到结合修理需要的“按需定制”。
锻造周期缩短80%,减重8%(将多个配件集成为一个或少数配件,减少配件数量和整体重量)。
此外,involves锻造控制技术在民用飞机上的应用领域范围不断扩大也同样是基于involves锻造的那些独家优势。
根据中国航空工业研究者的介绍,国产民用飞机上involves锻造的应用领域也有了控制技术储备和一定的装机应用领域。involves锻造在C919上的应用领域有登机门、服务门、应急舱门部段,单机使用量总计32件,已完成了超过300件配件的交付,并持续开展批产交付支持工作。
在C919、ARJ21的证后优化、衍生型号研制中,involves锻造也有着潜在可挖掘的应用领域需求和场景,将不断扩大已装机involves锻造产品金属材料工艺控制技术的应用领域范围和适航认证工作,以及在involves锻造的金属材料上从金属扩展到非金属的PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)、PC(聚碳酸酯)、PA(尼龙)等。
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