复合型航空物流人才（精选10篇）
复合型航空物流人才 篇1
一、复合型航空物流管理人才培养定位
航空物流是以航空运输为主要运输方式来满足客户需求, 从而对商品、服务及相关信息从原产地到消费地进行高效率、高效益的正向和反向流动及储存的计划、实施与控制过程。它既包含空中运输环节又包括地面综合物流处理环节, 通常会以机场为立足点, 协同空中运输的地面物流处理环节, 涉及物品装载飞机前后离开发货人或到收货人的包括地面配送、装卸、简单加工、仓储、空运代理、信息支持等服务的有机结合。随着经济的发展, 航空物流作为经济发展的“晴雨表”越来越为人们所关注。
同时, 经济的飞速发展又促使航空物流内部不断升级, 这就使之对“复合型物流人才”的需求与日俱增。复合型物流人才既要懂得物流技术, 又要懂得物流经济, 还要熟悉物流管理技术, 成为储存保管、运输装卸的专家, 以及掌握企业供应链流程, 熟悉物流信息技术系统, 掌握电子商务技术, 国际贸易和通关知识、仓储运输专业知识、财务成本管理知识、外语知识、安全管理知识、法律知识。
经济发展以市场为导向, 人才的培养也必须根据市场需求来规划。因此, 我们培养的人才应该满足航空物流市场的需求, 尤其是要培养具有民航特色的复合型航空物流人才以推动航空物流业的发展。
二、培养具有民航特色的复合型航空物流管理人才的必要性
1. 航空物流人才链培养现状
由航空航天制造产业链拉动的物流人才, 尤其是航空物流人才需求紧迫, 同时, 与航空航天制造产业链强关联的高科技产业链也对以航空物流为特色的复合性人才需求旺盛。能够满足这样的产业链需求的航空特色的复合型物流管理人才, 必须具备熟练掌握国际贸易、国际结算、报关、报检、运输专业、仓储专业、物流信息和管理等知识和技能。而我国物流教育起步较晚, 现代物流教育的培养模式与现代物流业发展存在着较大差距。近年来, 随着我国物流教育的发展, 一些高等院校培养了大批的物流管理方面的专业人才, 但这远远满足不了航空物流业对于人才的迫切需求。根据2003年全国高校招生目录统计, 正式招收物流管理或物流工程专业及其方向的高等院校已达171所, 其中, 本科院校为47所, 占全国本科院校的7.355%, 占全国高校的3.239%。但这些学校的物流教育多属于社会物流教育, 即只包括基础物流课程, 而缺乏特色物流教育。因此, 在缺乏良好的智力支撑的情况下, 航空特色型物流人才的稀缺已经成为制约航空物流业飞速发展, 形成产业链, 进入国际市场参与竞争的最大瓶颈, 同时也严重地制约着整体产业链的形成与发展。
2. 物流企业人才需求分析
调研了航空物流链上具有代表性的多家企业, 航空代理企业大田集团有限公司, 机场货运企业上海东方远航物流有限公司, 运输企业中国货运航空公司等, 各位领导明确指出企业需要掌握“航空物流”知识的物流专业人才。
(1) 企业需要掌握航空物流专业基础知识的人才
作为具有航空特色的物流专业, 应让学生掌握航空物流的基本知识, 例如航空货运的流程, 航材仓储的管理, 航空运输经济等。特别是国际航空物流人才是短缺的, 现代航空物流中国际航空货运占的比重比较大, 而且未来发展趋势会越来越大, 所以要求学生掌握国际物流、报关原理等相关课程。
(2) 企业需要航空物流业务流程优化人才
航空物流是一个供应链管理的过程, 它需要与多方面的部门和人进行接触, 企业需要的航空物流人才要掌握本部门和相关部门的业务流程, 能够进行业务流程优化。
(3) 企业需要掌握物流管理实践的实用性技能的物流专业人才
企业需要的未来物流人才必须要突出综合素质, 具体体现在要让学生掌握物流管理实践的实用性技能;提高学生在实际工作中的操作能力, 以增强学生的岗位适应能力。解决物流管理专业学习与专业知识脱离的矛盾, 未来的物流教育必须改进教学模式, 增加实践课, 在实际操作中去理解理论知识;掌握实际技能。
三、复合型航空物流管理人才培养体系
1. 培养目标
复合型航空物流管理人才培养体系是培养适应民航事业及社会经济发展要求, 立足民航、服务社会、面向世界, 培养具有较高的思想道德文化修养, 较强的学习与交流能力, 坚实的经济和管理理论基础, 较强的物流实务运作能力和创新能力, 掌握航空物流和供应链系统规划设计、运营组织和全程实时控制等技术与方法, 能在航空公司、机场、物流企业、研究机构以及其他与物流相关的企事业单位从事物流和供应链系统运行、规划设计和经营管理等方面工作的复合型人才。
2. 能力结构要求
按照复合型航空物流管理人才培养体系的内容的了解, 学生应在知识、技能和素质方面达到以下规格要求:
(1) 知识结构要求。 (1) 掌握公共基础课程的基本理论和知识; (2) 掌握经济类、管理类、法学类、金融类、会计学五方面的基本理论和知识; (3) 掌握物流和供应链系统运行、规划与设计、经营管理的基础理论和专业知识;
(2) 能力结构要求。 (1) 具有较强的收集处理信息、计算机应用和语言文字表达的实践基础能力; (2) 具有物流与供应链设计与管理、第三方物流经营管理、供应链物流全程监控的专业实务操作能力; (3) 具有一定的创新精神和初步的规划设计、方案制作、科学研究等规划设计能力。
(3) 素质结构要求。 (1) 具有良好的思想品德、社会公德和职业道德以及良好的人际关系和团队协作精神; (2) 具有独立思考、理论联系实际、实事求是的科学态度和优良的作风; (3) 具有从事航空物流业务工作的基本素质。
3. 课程总体结构
复合型航空物流管理人才培养体系的总体思路是采用平台加模块的形式, 通过公共基础、学科基础、专业基础和航空物流专业方向的成组课, 以及专业选修课和实践课程的开设, 进一步理清了课程体系设置的层次。
复合型航空物流管理人才培养体系从理论和实践教学体系两大板块构建人才培养方案创新型运行机制。在理论教学体系中充分体现课程的层次性, 在加强外语能力、计算机应用能力、语言表达及分析能力等方面培养时, 搭建公共必修课教学平台。
在突出经济学理论、管理学理论、系统论、物流学理论、供应链管理的教学基础上加强基础课教学、专业课教学、特色课教学、综合素质课教学互相衔接和贯通, 形成一个完善的课程体系;由英语和计算机训练、课程实验、课程设计等构建课程实践训练机制;由教学实习、专业调研、学年论文、科技活动等构建专业实践训练机制;由教育实习、综合实习、毕业实习、毕业论文设计等构建综合实践训练机制。从总体上讲, 在理论教学环节和实践实习环节上互相渗透并实现互动, 在知识结构上体现拓展性, 从而增强学生的整体素质和创新能力。
四、复合型航空物流管理人才的专业特色分析
1. 内部培养专业的特色
考虑到航空物流这个新型专业的特殊性, 针对调研中提到的需求特征, 复合型航空物流管理人才培养体系从四个方面入手培养全面的复合型物流管理人才, 分别是仓储, 业务流程重组, 航空货运和国际物流。课程设置如下图所示。
从上图分析可看到复合型航空物流管理人才培养体系具有以下几个特点:
(1) 复合型航空物流管理人才培养体系增加了与航空物流有关的课程, 包括民航货物运输、航空运输经济、航空法、空运地理和航空危险品运输等课程, 增强了课程的专业性。
(2) 物流管理最主要的两个领域是运输与仓储, 在航空物流中最能体现这两个领域的部门是航空货运部门和航材部门。所以增设了“航空器材计划与管理”这门课程。
(3) 把案例教学溶入到每门物流课程中, 通过对课程教学内容的优化与更新, 来提高学生分析问题和解决问题的能力。
(4) 增强独立实验课、课程设计、实习、毕业设计 (论文) 等重要环节的教学内容改革, 着重考虑时空安排, 做到合理有效。强化实践环节, 提高学生实践能力。
(5) 结合市场需求与学生的兴趣, 在选修课程中安排一定数量的具有学科前沿性、民航及物流管理应用背景的特色课程, 培养有一定特长的本科毕业生。开设了“航空危险品运输”、“设施规划与物流分析”等课程。
2. 增强实践教学环节
实践基础能力是人才基本素质的体现, 只有具备了这方面的能力, 才能保证专业技能的实施。从航空物流企业的需求分析中得知企业迫切需要掌握航空物流管理实践的实用性技能的物流专业人才。企业原来招收的毕业生明显感觉动手能力差, 理论知识与实践脱节, 企业需要的未来物流人才必须要突出综合素质。复合型航空物流管理人才培养体系加强了实践课的培养, 注重培养学生的实践能力。让学生掌握物流管理实践的实用性技能, 提高学生在实际工作中的操作能力, 以增强学生的岗位适应能力。
复合型航空物流管理人才培养体系的制定充分考虑了市场需求, 有针对性的培养新的复合型航空物流管理人才。复合型航空物流管理人才培养体系的实现将直接促进高科技产业的发展, 并促进区域外向型经济的发展, 从而提升航空领域的产业结构。
参考文献
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航空物流——物流领航新方向 篇2
关键词：物流；航空物流 仓储
中图分类呈：F273.1 文献标识码:A
航空物流是以航空运输为主要运输方式发展起来，并借助现代信息技术，将产成品从运输、仓储、装卸、加工、整理、配送等有机组合，形成完整的供应链，为用户提供便利化、一体化服务。由于飞机航空运输成本核算简单、安全性好，因此航空物流也比较适合附加值高、时效性强的产品，以最便捷的手续、在最短的时间内完成货物运输的全过程。
一、近几年我国航空物流的发展现状
随着世界经济的复苏和我国经济的快速增长，依靠陆路物流和海路物流已不能满足需要，因此航空物流呈现出加速增长的势头。国内航空货运量平均每年以26.8%的速度增长，中国已经成为世界航空运输市场发展潜力最大的地区之一。根据民航总局的预测，2006年，中国航空物流同比增长达到11.7%，中国航空将成为仅次于美国的世界第二大民用航空市场，在中国国际航空运输市场中，其中到东北亚地区的年运输增长率将为7%，成为中国国际航空运输市场中增长最快的地区，到北美地区的年运输增长率将为6.1%，到欧洲的年运输增氏率将为5.4%。面对如此巨大的市场，我国迫切需求与之相匹配的航空运输能力。
与此同时，国内一线城市均建设有较大吞吐能力的航空物流中心，航空运输量在过去几年增加了十几倍。中国加入WTO后这几年，不仅推动了我国航空货运市场需求的更快增长，而且航空运输的产品也越来越多样化。现如今，中国航空物流主要运输鲜活产品、精密仪器产品、电子产品、商务文件、通讯产品价值高、时效性强的产品。经过近几年的发展，我国航运市场呈现出以下特征：
1.航空物流总体水平低。我国航空物流虽然发展较快，但从总体上看，规模小、货运能力低。经营范围窄，多为从事中航空货运或航空代理，物流整合及技术水平低，服务水平有待提高。货源以普通货为主，高附加值和快件等高端产品比重较偏小，航空物流优势发挥不够，航空物流人才不足。
2.适合航空运输的货物增多。在物流方而，无论国内还是国际运输，航空运输量在整个运输量的比例，不足1%，但其增长却很快。这几年适合空运的货物增多了，即附加值高、体积小而且价格高、重视时间价值、讲究新鲜程度等物资。国航空物流主要服务十鲜活产品物冰果、鲜花、精密机械产品和医疗器械、电子产品、商务文件、通讯产品等行业。随着服务开放的不断深入，书籍、药品、软件、玩具等也逐渐会成为航空物流的服务行列。
二、当今我国航空物流存在的主要问题
1.我国航空运输能力需要大大提高。面对日益增大的航空运输的需求，国内航空运输能力的增长还不能适应运输需求的增长。航空运输能力主要取决于飞行航空物流中心的货物吞吐能力、工作人员的技能熟练程度、货运飞机数量以及响应时间等因素，而我国的航空物流起步较晚，单从运力来看，国内航空公司货机的数量仅为美国联邦快递公司货机总量的2%，不仅适用货运的飞机数量少，运力有限，而且各项硬件设施和人员的工作技能还相对落后。
2.国外公司已占大部分市场。虽然国内航空公司都加大了货运业务的投入，试图将货运业务作为新的利润增长点，纷纷成立了专业性的货运公司或货运管理部。但是由于国内的航空公司起步晚，目前有近2/3的货运量被国外的航空公司所控，这就使得本就刚刚的起步的国内航空运输市场面临严重的危机。据统计，目前已有近60家国外航空公司在国内开展国际货运业务，如美利坚航空公司、英国航空公司等国际航空公司由于货运业务相对成熟，货运的均价更是低于国内的航空公司，冲击非常大。
3.基础设施条件及技术水平低。国内航空公司中，有一定规模的货代企业建立自己仓库及处理中心，但存在建设水准不高、网点布局不合理、集约化与规模化水平低、设施总体利用率低等问题，国内及本土物流企业管理与物流技术上严重落后于与国际著名物流企业。
三、面对严峻形势，我国航空物流可采取的措施
1.应该尽快增加航空物流基础设施的建设。航空物流业的发展，是以现代化大型立体仓库和专业化的现代机械设备等硬件设施作为基础的。建立和完善现代化、高科技、一体化、专业化、程序化的硬件设施，是实现当前航空物流业发展的必要条件。一方面应加快物流设施的建设：主要是现代化的仓储设施，货物处理中心，保税物流设施，商务办公设施，基础服务设施，现代化专业化的机械设备等，实现场内物流设施的合理布局；另一方面应加快完善地勤交通体系，加快建设机场连接市中心以及主要工业开发区的快速干道，提高进出机场的道路系统建设，逐步形成以机场为中心，发散式的集、疏系统，提高空港物流聚散的效率和能力。
2.加快物流信息化管理建设。现代物流最具特色之处就是网络化、信息化，基本特征就是通过互联网进行电子数据的交换得到物流信息和电子商务的服务，以缩短物流的响应时间。充分利用信息技术，实现港口码头、货运场站、货运公司、货主之间的信息共享，甚至实现跨地区、跨运输系统的互联互通和信息共享，将大大提高运输效率，有效降低物流成本。
航空物流信息管理可分为内部的信息处理系统和外部的商务营销系统两个方面。内部的信息处理系统主要负责在作业过程中将运输、装卸、分拣、保管、配送等流程通过计算机和网络辅助完成，对整个作业过程进行监控，通过外部公共网络实现流程和货物跟踪的公开，实现信息共用和无缝交换；外部的商务营销系统则是对物流公司、货运代理等业务链上相关的企业，了解航空物流的运营模式，通过系统进行订单以及过程查询。
3.加强国际合作，建立全球网络。国际贸易的不断发展，跨国公司的快速扩张，要求国际物流企业必须建立一个全球网络而通过物流企业之间的合作与建立战略联系是开展全球物流服务。应对生产及销售企业的全球战略的必要于段。特别是针对于中国当今航空物流的现状，更应积极寻求与国际航空公司的合作。
4.利用优势，加强合作，进行多式联运，降低物流成本。现代国际物流发展的一个重要标志就是国际多式联运的发展和运作。公路是最具有门到门运输的便利条件，铁路则是多式联运的重要环节，而港口作为物流平台，可以成为物流所需的多种运输方式的交汇点。国际航运企业本身拥有在全球范围的代理网络，遍及各大洲的分支机构，对就地组织物流作业非常方便，海上运输又是物流链诸环节，流通时间最长、费用最高的一环，其投资也最大，因此国际航运企业应利用自身优势，密切与港口、铁路和公路企业及物流企业的物流配合，充分利用各自的优势，提供全程物流服务，共同构成便捷的供应链系统，达到现代物流服务“高效、节能、迅速”的目的。
5.大力培养专业的航空物流人才。航空物流不同于一般物流，是一个人才和技术密集型的行业，企业的经营和管理要拥有一批具备熟悉服务对象的生产、经营和销售，熟悉航空物流服务组织、运输组织相关业务，熟悉市场营销、物流网络、现代航空货运业、计算机技术、电子商务等方面知识，了解相关的海关、工商、税务等部门业务运作程序等方面的专业人才。物流企业的竞争，实质上就是人才的竞争。为此，要大力培养专业人才，以适应快速发展的形势。
与其他运输方式相比，航空运输具有运输速度快、航程远、跨越地理障碍、安全、舒适等特点，同时在货物破损率、包装、储存费用方面优势明显。随着经济的快速成长和物流业的发展，航空物流也将发挥着越来越重要的作用，逐渐成为一艘新的物流航母，引领国际物流业的发展。
作者单位：河北工程大学
参考文献：
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[4]常刚，魏生民. 基于组合优化的停机位分配模型研究[J].中国民航学院学报,2006,3:35-36.
复合型航空物流人才 篇3
ACM的发展方向可以用“7化”来概括,即碳纤维低成本规模化;玻璃纤维高性化;高性能纤维杂混改性化;ACM应用领域扩展化;高性能树脂杂混改性化;结构设计实用化和制造装备现代化。
碳纤维在各工业领域的应用量及其份额是工业技术水平和先进技术民用化的标志之一,美国、日本、中国和世界整体碳纤维应用份额见表1。
未来5年中国碳纤维在各应用领域的用量、份额及其增长率变化见表2、表3[1]。
ACM的典型代表是环氧树脂基碳纤维复合材料,经过多年使用验证,环氧树脂基体以其综合性能优异、工艺性良好、价格低等诸多优点,在马赫数1.5以下飞机上的用量远远大于双马来酰胺树脂基体(BMI),以A400M、波音787飞机为例,复合材料分别占飞机结构重量的36%和50%,其中,复合材料结构居主导地位的一直是刚性双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂。如美国“三叉戟-1”、“三叉戟-2”导弹以及“飞马座”火箭采用的HBRF-55A配方就以E-PON826为主。多年来各国都在通过加入柔性单元改进环氧树脂的韧性,通过加入新型刚性链单元结构或使用芴型芳香胺固化剂来提高耐热性,并分别取得了预期的效果[2,3,4]。
单位:t,%
1 航空航天先进复合材料国外现状
先进复合材料的研究应用主要集中于国防工业。高性能树脂基复合材料,主要是碳纤维和芳纶纤维增强环氧树脂,多官能团环氧树脂和BMI。复合材料性能稳定,已大量投入应用,相当于T300/聚酰亚胺PMR-15性能的复合材料已研制成功,一批高性能的热塑性树脂基复合材料,如PEEK、PECK、PPS等正在从实验室走向实用。据介绍,先进复合材料构件正在由次承力件向主承力件过渡。在成型工艺方面,先进复合材料借助玻璃钢成型技术逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。但总的水平与国外先进技术还有一定距离。
高性能聚合物基复合材料在航空航天工业的用量占其全部用量的80%。国内外先进复合材料在航空航天领域的应用情况见表4。
鉴于4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺(TGDDM)的性价比,该材料可能是最实用的高性能环氧树脂。TGDDM具有优良的耐热性,长时高温性能和机械强度保持率,固化收缩低,化学和辐射稳定性好,还可用于高性能结构胶粘剂,结构层压板和耐高能辐射材料。
1.1 A400M运输机[5]
1986年设计的C-17是上世纪先进大型军用运输机的典型代表,限于当时的水平,复合材料主要用于次要结构,如雷达罩、整流罩、操纵面、口盖、翼梢小翼蒙皮等。复合材料重约7258k,占该机结构重量8.1%。树脂基复合材料从非承力结构发展到次承力构件。在复合材料中碳纤维增强复合材料约占结构重量6%,玻璃纤维塑料、Kevlar纤维增强材料占2%。
欧洲EADS正在研究的A400M属于新一代大型军用运输机,在材料应用技术上有了一个新的飞跃,主要表现为先进复合材料占结构重量的35%~40%。与C-17不同的是,在A400M上,碳纤维复合材料用于一些主承力结构,而C-17的复合材料结构重量比仅为8%,且主要用于操纵面及次要结构。A400M的机身仍由传统的铝合金制成,但却开创了采用碳纤维复合材料制造大型运输机机翼的先河,机翼长达19m,令业界颇为瞩目。
在A400M运输机上,特别值得提出的是复合材料机翼,碳纤维复合材料占机翼结构重量比例高达85%,开创了使用复合材料为主要材料制造大型运输机机翼的先例。采用碳纤维制造的机翼,重量是同等强度铝合金机翼的75%至80%,并且不会产生金属疲劳,先进复合材料的广泛应用对于减轻结构重量相当有利。在A400M的复合材料设计和制造中,广泛采用了计算机辅助设计软件,如土耳其航空航天工业公司就使用美国维斯特吉公司的Fiber SlM软件来进行设计。土耳其航空航天工业公司作为空客A400M项目的签约合作方,在CATIAV 5CAD模拟环境中利用该软件为A400M运输机设计了副翼及扰流片等气动控制面。
A400M的机翼除前缘、前后缘支承结构及铰链采用铝合金外,其气动舵面、机翼蒙皮、桁条以及中央翼盒与外翼盒接头的某些部件也均为复合材料。但为了确保强度安全,A400M机翼与机身的接头采用钛合金制造并用螺栓以双钩环固定,以保证在断裂时有双余度保险。该机翼蒙皮与加强筋组成一体固定在碳纤维复合材料翼梁上,翼肋仍采用铝合金制造。因其主要受压应力,此时用复合材料与用铝合金并无大的不同。除机翼外,A400M的尾部货舱门、起落架舱门、整流罩以及螺旋桨也采用高强度复合材料来制造。目前,空客公司正在进行一项更为“大胆”的重要计划—研制全碳纤维复合材料机翼,并已制造出6.2m的翼盒验证件。A400M的T型尾翼设计为加强结构,并大量采用复合材料,碳纤维复合材料占结构重量比例高达97%~98%。垂尾主要由1个三粱主盒段、1个可拆卸的前缘、后缘隔板和一块方向舵组成,垂直尾翼的根部与后机身上一个机械加工的平直翼面连接。除了垂尾前缘和铰链,所有这些结构部件主要由复合材料制造。垂尾前缘是金属/复合材料的复合型部件,可改善抗冲击和防腐蚀性能,在垂尾翼尖装有预警保障措施短舱。方向舵是带铝合金铰链连接肋的碳纤维加强型结构,由两台液压伺服作动筒和一台电动马达驱动。A400M的垂尾面积较大,有着非常不错的航向稳定性。水平尾翼为铝合金中央结构翼盒和两个复合材料的外侧盒段结构,中央盒段为水平尾翼与垂直安定面的连接提供安装固定结构。水平尾翼两侧各有一块升降舵,其主结构也采用了碳纤维复合材料。
A400M运输机所用环氧基体碳纤维复合材其主要用于翼梁、纵梁、机翼箱型梁、升降舵蒙皮、气动舵面、机翼蒙皮、桁条以及中央翼盒与外翼盒接头的某些部件。
1.2 美国第四代战斗机F-22[6]
为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的要求,进入90年代后,西方的战斗机无一例外的大量采用复合材料结构,用量一般都在25%以上,有的甚至达到35%,结构减重效率达30%。应用部位几乎遍布飞机的机体,包括垂直尾翼、水平尾翼、机身蒙皮以及机翼的壁板和蒙皮等。如美国第4代战斗机F-22复合材料用量已达到24%,而EF2000更高达43%,EF2000除鸭翼外,机身、机翼、腹鳍、方向舵都采用复合材料,结构“湿润”表面的70%为复合材料。阵风也是如此,70%的“湿润”表面为复合材料,约947kg之重。F-35的复合材料几乎覆盖了整个飞机外表面。
1.3 无人战斗机
国外目前研制的无人机以复合材料和传统铝合金的混合结构为主。如“捕食者”“全球鹰”等均是如此。其中“全球鹰”的机翼和尾翼由石墨/环氧复合材料制造,而机身仍采用传统铝合金,复合材料占结构重量的65%。
无人战斗机是未来航空武器的一个重点发展方向。为满足采购政策、隐身性能、机动性、生存力对材料的特殊需求,为尽可能地降低结构重量、提高燃油装载量,无人战斗机结构的一个显著特点就是大量应用复合材料。以波音公司的X-45A为例,除机身的龙骨、梁和隔框采用高速切削铝合金外,其余的机体结构都是由复合材料制成。诺斯罗普·格鲁门公司的X-47A的机体除一些接头采用铝合金外,整个机体几乎全部采用了复合材料。
1.4 直升机
直升机采用复合材料不仅可减重,且对于改善直升机抗坠毁性能意义重大,因而复合材料在直升机结构中应用更广、用量更大,不仅机身结构,而且由桨叶和桨毂组成的升力系统、传动系统也大量采用树脂基复合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升机均大量采用了复合材料,如顷转旋翼飞机V-22用复合材料近3000kg,占结构总重的45%左右,法德合作研制的“虎”式武装直升机,复合材料用量更高达77%。
1.5 航天飞机
以NASA开发的第2代可重复使用航天飞机为例,油箱内衬为复合材料。在推进系统中将采用陶瓷基复合材料发射斜轨、金属基复合材料机匣以及树脂基复合材料涵道。此外还将采用复合材料电子设备舱。第3代可重复使用航天飞机将为一智能结构,具有自适应热防护系统及智能化无损检测装置,自愈合的飞机结构及表面。发动机材料将可能使用经冷却的复合材料、金属基复合材料加力燃烧室壳体、超高温复合材料。结构材料将包括超高温树脂基复合材料、低成本耐腐蚀热防护系统复合材料液氧油箱。
美国高超声速飞行器X-43是由超燃冲压发动机作动力装置的验证机。其油箱/机身由石墨/环氧框架及蒙皮组成。蒙皮外再覆以热防护系统。飞机上翼面热防护层为可剪裁的先进绝缘毡,下翼面为内多层屏蔽绝缘物。后者是正处于开发中的防热材料,由C/SiC外面板,中介陶瓷屏以及先进聚酰亚胺泡沫内衬。中介陶瓷屏覆以贵金属以降低其热辐射。机翼及垂尾由钛基复合材料制成,并有1个由二硼化锆制成的前缘。
1.6 巡航导弹和固体火箭发动机[7,8,9]
在火箭和导弹上使用碳复合材料减重效果十分显著。因此,采用碳纤维复合材料将大大减轻火箭和导弹的惰性重量,既减轻发射重量又可节省发射费用或携带更重的弹头或增加有效射程和落点精度。
利用纤维缠绕工艺制造的环氧基固体发动机罩耐腐蚀、耐高温、耐辐射、且密度小、刚性好、强度高、尺寸稳定。再如导弹弹头采用了环氧基及环氧酚醛基纤维增强材料。
在树脂基复合材料中,环氧树脂(EP)是巡航导弹弹体结构所用复合材料中最主要的基体材料,在所有树脂基复合材料结构中所占的比例高达90%。但随着飞行速度的提高,超声速巡航导弹研究的日益深入,目前树脂基复合材料的研究重点已由环氧树脂向BMI、聚酰亚胺(PI)树脂、氰酸酯树脂转移。Bryte公司最近开发了一系列氰酸酯树脂基体,玻璃化转变温度达335℃,短时工作温度达300℃,可以代替BMI和聚酰亚胺,氰酸酯树脂已成为未来结构/功能一体化的有力候选材料,可以作为超声速巡航导弹复合材料舵面和弹体通常选用的树脂。
耐高温树脂基复合材料是超声速巡航导弹弹体结构的主选材料,以BMI、PI树脂为主。目前国内的PI树脂存在着性能不稳定、工艺操作性差等诸多问题,难以成型大尺寸、复杂型面的复合材料结构,不宜作为超声速巡航导弹主体结构树脂。从美国雷锡恩导弹系统公司的经验来看,在近10年期间将把高温树脂基复合材料基体的研究集中于BMI,取代以往研究的PI,充分利用BMI的可加工性、低成本、易操作性。BMI树脂的耐温性能能达到300℃左右,完全可以满足低马赫数(≤2Ma)超声速巡航导弹弹体结构的需求。
耐高温有机树脂基透波复合材料体系中,美国研制开发的PI树脂和聚苯并咪唑(PBI)树脂及俄罗斯研制的改性酚醛树脂都具有良好的透波性能和工艺性能,已在宽频天线罩(HARM、ALARM、KP-1)上获得应用,使用温度达到600℃。
1.7 卫星和宇宙飞船[10,11]
宇航工业中除烧蚀复合材料外,高性能复合材料应用也很广泛。如三叉戟导弹仪器舱锥体采用C/EP后减重25%~30%,省工50%左右。还用作仪器支架及三叉戟导弹上的陀螺支架、弹射筒支承环,弹射滚柱支架、惯性装置内支架和电池支架等55个辅助结构件。由于减重,使射程增加342km。德尔塔火箭的保护罩和级间段亦由C/EP制造。美国卫星和飞行器上的天线、天线支架、太阳能电池框架和微波滤波器等均采用C/EP定型生产。国际通讯卫星V上采用C/EP制作天线支撑结构和大型空间结构。宇航器“空中旅行者”的高增益天线次反射器和蜂窝夹层结构的内外蒙皮采用了K-49/EP。航天飞机用Nomex蜂窝C/EP复合材料制成大舱门,C/EP尾舱结构壁板等。人造卫星使用碳复合材料制造卫星整流罩、展开式太阳能电池板,而宇宙飞船使用碳复合材料制造防热材料、太阳能电池阵基板和航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。
1.8 航空发动机
航空发动机使用碳纤维增强树脂基复合材料取代金属材料可以有效减轻发动机重量,降低燃料消耗,增加航程。有资料报道,发动机减轻1磅(0.454kg)重量,飞机则可减轻10~20磅重量。从70年代初,复合材料就成为TF39、F103特别是GE36UDF发动机研制计划的一部分,在这些发动机上积累了经验之后,在GE90的风扇叶片上成功使用了高性能韧化环氧复合材料。此外,在F119风扇机匣、遄达发动机的风扇机匣包容环及反推力装置上也广泛采用了树脂基复合材料。近期开发的波音787的动力装置GEnx的风扇机匣及风扇叶片,将由碳纤维/环氧树脂基复合材料制成。除减重外,复合材料还表现出良好的韧性及耐蚀性。至于陶瓷基复合材料等超高温复合材料,目前已在M88、F119等发动机尾喷管等静止件上获得应用。
随着飞行器向高空、高速、无人化、智能化、低成本化方向发展,复合材料的地位会越来越重要。国外预计,在下一代飞机上,复合材料将扮演主角,目前采用全复合材料飞行器的计划正处于酝酿之中。
1.9 民用大飞机
民用航空材料方面由于采用环氧基碳纤维增强材料,带来非常明显的性价比,欧洲空中客车公司提出更多地用轻质高强材料使机身减重30%,整个飞行成本可降低40%。空客的储备技术还说明,机身达到减重15%,成本可下降15%的目标。空客在使用复合材料方面一直走在业界前头,A380飞机约25%由复合材料制造,其中22%为环氧基体碳纤维复合材料,工程塑料基碳纤维增强塑料比重>1%。A380在后压力舱后部的后机身首次采用了复合材料和先进金属材料,使用这些复合材料减轻了机身重量,大大减少了油耗和排放,并降低了运营成本。再如波音B777飞机上采用碳纤维增强工程塑料量达9.9t,占结构总质量的11%。而波音B787飞机上采用环氧树脂基、双马来酰亚胺基体碳纤维复合材料和热塑性工程塑料,其用量达机重的50%。环氧树脂基、双马来酰亚胺基碳纤维复合材料主要用来制造机翼、机身、地楞横梁等部位的结构材料,内部装饰上也大面积使用了热塑性工程塑料。
2 中国航空航天的先进复合材料
2.1 先进复合材料的基体树脂
我国高性能复合材料应用于航空业已有20多年历史,目前军用歼击机用量达25%,直升机最高用量可达50%,民用客机也达到10%~20%,主要用于起落架舱门、内外侧副翼、方向舵、升降舵、扰流板等。
国内许多学者从事TGDDM环氧体系的研究与开发工作,并取得了较大成绩。特别值得指出的是,我国科技工作者经多年研究,开发了商品名为TDE-85的三官能团环氧树脂,其化学名为4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯,其分子中含有2个反应活性高的缩水甘油酯基和一个反应活性与前者差别很大的脂环环氧基。该树脂是一种工艺性、耐热性均很优异的高性能环氧树脂。西北工业大学、哈尔滨玻璃钢研究所等单位用TDE-85环氧树脂为基体材料制作的复合材料,应用在某些有特殊需要的产品上已获得令人满意的结果。
2.2 韧性环氧树脂基体及其预浸料[12]
THC-400,THC-800系列,TH-30系列,THH系列,THF等是陕西太航阻火聚合物有限公司开发的专用于复合材料的耐烧蚀耐高温洁净阻燃韧性环氧树脂基体的特种树脂溶液,有一系列不同的分子量和独特的分子量分布。黏度低,易于浸润碳纤维,有特别优异的粘接性。同时对芳伦纤维,高硅氧纤维等玻璃纤维同样有优良的粘接性能,其复合材料耐温可达350℃左右,甚至更高。同时不燃,无烟,有优异的烧蚀性能和透波性能。碳纤维复合材料火箭发动机壳体用耐烧蚀耐高温洁净阻燃韧性环氧树脂基体及其预浸料可存放3~6个月。预浸料适用于模压、层压、热压罐多种工艺,也可缠绕,已成功用于航天产品的碳/碳材料的制造,火箭发动机的喷管、扩散段、天线罩、飞机部件的制造。汽车工业的新型碳纤维离合器,其使用寿命可达30万次,比发达国家高一倍,其模压复合材料力学性能见表5。所制造的碳纤维刹车片各种指标达到或超过德国标准。其玻璃纤维模压复合材料在不同频率下的介电性能和不同温度的机械性能见表6。
近年来,针对环氧树脂基体韧性不足、耐湿热性较差的问题,国内相关单位开展了多方面的改性研究,使复合材料冲击后的压缩强度达到了250MPa以上,复合材料饱和吸湿后120℃下的综合性能的保持率均与国外同类树脂体系相当。其多墙式复合材料层压板共固化、共胶接结构,全高度蜂窝夹层结构已在马赫数1.5以下的飞机上得到了工程化应用,并且有的复合材料结构经过了近20年的使用考核,质量情况仍然良好。
疲劳试验的结果表明,在给定的设计载荷下,复合材料结构件30年的飞行寿命是可靠的。使用经验表明,这类复合材料是一种性能优异的材料,它已逐渐开始走向成熟。环氧树脂体系对碳纤维品种适应性研究在国内也取得了成果,特别是国产碳纤维增强的环氧树脂基复合材料已通过了一系列性能考核。以NY9200环氧树脂体系为例,与纤维界面有关的复合材料0°压缩和面内剪切性能与国外同类纤维增强的环氧树脂基复合材料相当,界面破坏形貌基本相似,并开始进入飞机结构上的应用。
2.3 新型低黏度的二官能环氧基化合物[13]
在“九五”国家科技攻关项目“碳纤维复合材料火箭发动机壳体用高性能树脂基体的研究”项目支持下,针对“KN-1”型固体航天器和武器型号发展急需,针对碳纤维先进复合材料应用很广的芳香胺类固化的环氧树脂体系,设计合成了一种中间含有“柔性可旋转”链段的低黏度的二官能环氧基化合物,通过配方设计筛选,结合热、力学性能测试,开发了一种集韧性、耐热性及工艺都很好的环氧树脂基体。韧性环氧树脂基体配方在室温下黏度低,贮存适用期长,浇铸体热变形温度较高,断裂延伸率高达5.3%,其湿法缠绕成型的T-700碳复合材料具有界面粘接好,纤维强度转化率高达89.4%。<150mm压力容器水压爆破试验结果表明,该树脂基体工艺性能优良,压力容器特性系数pvw值高达40.1km。该种纤维复合材料发动机壳体(压力容器)主要性能指标达到了以美国国家宇航局NASA为代表的国际先进水平。可以用该改性树脂基体制造高性能碳复合材料发动机壳体。98-28A-01-17鉴定专家一致认为该改性树脂基体的研制成功,为我国航天航空用先进复合材料的发展起到了开拓性的作用[14]。
2.4 中国的第4代、第5飞机
中国第4代飞机J-14开始全比例模型风洞实验,见图1。中国第4代重型歼击机歼14“鹰隼”是一种全新的高性能、多用途、全天候的空中优势的战斗机。中国第5代飞机J-15、J-20和舰载战斗机正在研制,见图2和图3。
歼14“鹰隼”是单座双发、双V、总体布局形垂尾翼、菱形进气道的纵向一体化三翼面的气动布局。主要技术采用前掠式机翼,翼身融合的隐身设计,武器装载在机身的武器舱和推力矢量控制技术。机体的36%由碳纤维复合材料制成,钛64约占24%,钛62222占3%,钢占16%,铝合金占16%,热塑性复合材料大于1%,其他材料(包括涂漆、座藏盖、机头雷达整流罩、轮胎、刹车片、密封材料、黏合剂、气体、润滑油和冷却剂等)占15%。传统的钢和铝合金占的比重很小,而大量使用了钛合金和复合材料。
2.5 中国的巡航导弹和固体火箭发动机[6]
材料与工艺是导弹研制、生产的基础,对提高导弹武器的性能、降低其成本起着重要作用,当前的研究重点是高性能合金、复合材料、隐身材料及特殊结构和功能材料。其中,复合材料及其制造工艺特别重要。用高性能纤维及其编织物、采用增强基体,可以批量生产强度大、比重小的高级复合材料,而且应用部位已由次承力部件发展到主承力部件。战略导弹的固体发动机、仪器舱、弹头防热与突防结构、机动发射筒、各类战术导弹的防热结构等,都是典型的复合材料构件。
国内的巡航导弹结构复合材料发展水平与国外差距较大,但针对巡航导弹弹体结构特点近期发展了一系列树脂基复合材料新技术、新结构,牵引出以下3种树脂基结构复合材料新技术的发展:低成本整体成型复合材料、耐高温多结构特性复合材料、耐高温透波/结构复合材料。以上3种复合材料结构及技术具备显著的不同于航空结构的特点,集中了巡航导弹弹体结构的主要典型特征。
(1)低成本整体成型复合材料
在新一代亚声速巡航导弹的研究中,大胆采用了多种以整体成型为核心的先进复合材料成型技术,包括RTM共固化技术、RTM整体成型技术、整体模压技术等。巡航导弹复合材料舱段、复合材料整体弹翼、复合材料进气道油箱舱体一体化结构3种典型复合材料结构已成为主要发展方向。
(2)耐高温多结构特性复合材料
从该技术本身而言,国内无论是传统的热压罐、模压技术,还是新开展的RTM技术,相应的BMI树脂和成型工艺均很成熟,具备了工程应用的条件。在高马赫数飞行的巡航导弹弹体结构上,双马树脂基复合材料可以通过与外层热防护层相结合的方式组成耐高温多结构特性复合材料。其中的典型代表是双马-酚醛一体化复合材料,它在未来弹道-巡航组合式导弹结构上将发挥独特的作用。这种弹道-巡航组合式导弹的飞行状态包含了“再入”和“巡航”,打破了传统意义上战略和战术导弹的界限,要求弹体结构材料需要同时具备承载和耐热双重作用,双马-酚醛一体化复合材料中内层的双马复合材料作为结构部分,外层的酚醛复合材料作为烧蚀型热防护材料,整个结构一次RTM成型、共固化,避免了二者界面结合问题,是一种耐高温多结构特性复合材料,能充分实现结构耐热与承载的高效统一。是未来巡航导弹弹体结构的一个很有前景的研究方向。
(3)耐高温透波/结构复合材料
天线罩兼具透波和结构的双重功效,是重要的巡航导弹弹体结构部分。亚声速巡航导弹的天线罩已发展较为成熟,以环氧树脂为主。新的技术竞争点集中在以超声速巡航导弹为代表的高性能耐热、宽频透波天线罩。
中国的巡航导弹采用环氧树脂、双马-酚醛一体化[15]基体碳纤维复合材料制作巡航导弹的弹头、巡航导弹复合材料弹翼、舱段、进气道油箱舱体一体化结构、天线罩、头舱、前设备舱、后设备舱、尾舱等。
3 中国的民用大飞机C919
中国研发的碳纤维织物增强5224环氧树脂基复合材料结构已经在直升机上得到了大量的使用,单向碳纤维增强的NY9200环氧树脂基复合材料结构在近400架飞机上应用,另外,在飞机结构上开始采用的BA9916和5228环氧树脂基体系,这些应用所沉淀的工程经验均可以为国内大型飞机复合材料结构选材提供有益的参考和借鉴。
3.1 C919的进程和基本现状
C919和空客A320、波音737外形相似,与C919竞争的机型是占据中国航空市场半壁江山的波音737和空客A320,然而,如果要论承载旅客的数量和载重的真正之“大”,波音787飞机和空客A350才是与C919持续竞争的两款双通道飞机机型。
而由中航承担中国民用航空大飞机80t级的C919飞机零部件也在加紧生产中,将如期交付中国商飞集团。C919与空客A320、波音737最大的区别在机头,传统的机头是由正面两块以及侧面4块挡风玻璃组成,而C919少了侧面两块挡风玻璃,国产大飞机的机头更具流线型,能减少阻力,同时驾驶员在驾驶舱的视野也比传统的机头更加宽阔。从这一点就可看出,国产大客机将更强调省油和经济性。C919的确拥有很多优势。C919从机头、机翼到机尾、发动机,在设计上都费尽心思,尽量减小阻力,有效降低油耗。在使用材料上,C919将采用大量的先进复合材料,如铝锂合金、钛合金等,其中复合材料使用量将达到20%,再通过飞机内部结构的细节设计,把飞机重量往下压缩。
C919大型客机2014年首飞,2016年完成适航取证并投放市场。2010年底的珠海航展上,中国商飞与中国国际航空股份有限公司等签署了C919客机启动用户协议,总共获得了100架C919大型客机启动订单,标志着C919客机已被主流市场所接受。100架C919飞机使用的复合材料将超过1600t。
3.2 中国大飞机C919及其复合材料市场预测
我国军用飞机、支线飞机ARJ21以及大型商用客机项目的开展和我国航天事业的发展,CF复合材料的用量会不断增加。2010年总需求300t碳纤维,到2015年将需求碳纤维800t。航空航天碳纤维复合材料将达到1600t。配套环氧树脂或乙烯基树脂800t。我国的航空航天和民用大飞机复合材料占碳纤维复合材料总需求量的3.7%。未来5年发展趋势预测见图4。图4预测,只是与100架C919订单完成交付相符,并没有包括未来5年我国军用飞机和航天复合材的发展预测。
C919市场前景看好。中国未来还需要2000~3000架的单通道飞机。到2029年,全球共需要30230架干线和支线飞机,其中双通道飞机6916架,单通道飞机19921架,涡扇支线飞机3396架,总价值近3.4万亿美元。预计到2029年中国市场需要3750多架大型客机。20年内将售出超过2000架C919,复合材料需求量将超过3.2万t。
2008~2017年需要通用飞机近5000架,约占全球总需求量的12%,其中有21%是公务机,其余79%是通勤、作业、培训和运动等用途的飞机。复合材料需求量将超过8万t。
4 结语
我国现在开始抓飞机复合材料的预研,当然有利于缩小与世界先进水平的差距。但是从长远来看,要从根本上解决我国民机技术上的差距,还得从解决我国民机技术长期落后的3个原因做起,即要加大民机研制的频度、成立专门的民机研究所、建立科技转化生产力体制机制的航空工业最佳模式。
随着国际经济环境发生深刻变化,国内外企业都比以往更加注重中国内地市场的开发,更多的海外企业希望拓展中国市场。先进复合材料技术不断发展更新,其应用领域不断扩展,并在能源、电子、汽车、建筑、桥梁、环境和船舶等领域扮演着越发重要的角色,同样给建造者带来越来越多的好处。
如何构建航空物流产业体系 篇4
关键词：物流产业；航空物流；产业体系；构建策略
与传统的陆地物流和船舶物流相比，航空物流是产业经济全新的增长点，从我国加入世贸组织之后，国际贸易日渐频繁，国内经济持续推进，为航空物流产业体系的建立奠定了基础。其中，最直接的需求来源于特殊产品的需求旺盛，如精密仪器、鲜活产品、贵重物品、紧急货物等。由于我国整体的物流产业体系尚未完善，对于航空物流产业体系的建设也存在大量短板，可以通过借鉴国外发达国家航空物流运输的先进经验，构建符合中国国情的航空物流产业体系。
一、航空物流产业体系概述
简单地说，航空物流产业体系就是指以机场及附近区域为基础，以航空运输为主要形式，结合多种运输配合实现的物流服务运作机制。理论上说，航空物流产业体系具有短时间内辐射全球的能力，是一种高端的物流手段，这其中不仅仅包括了速度优势，还包括相应地物流服务和产业链系统。
结合国内航空物流产业体系建设需求来说，主要是满足货物的航空运输需求，并融入到某一类产品供应链管理需求系统中。所以，航空物理绝不是简单地通过飞机运输，而是一个依附于航空运输的综合性整体，其构成包括以下四个部分：
第一，基础层。即航空物流的硬件基础设施，也成为航空物流产业网络系统。除了机场建设之外，还包括服务于航空物流的专门运输线路、机场辅助设施、通讯系统、仓储空间等。由于航空物流要实现与世界范围内的协调，所以大部分内容都是通过政府投资建设的，并由政府主导进行管理，在现阶段，则表现为依赖于民航系统展开基本保障建设。
第二，业务层。即展开航空物流市场业务操作的部分，由具体的航空物流企业构成，它所实现的是经营行为，也是整个航空物流产业系统的组成核心，如德邦、顺风等物流公司涉足的航空业务。
第三，管理层。无论是国内航空还是国际航空，物流运营的过程中都需要大量的配合，尤其是在机场、仓库、运输等方面打配合，不仅要符合商业策略，还要满足不同地区的法律法规，这需要相当多的部门进行协调。所以管理层的参与者也比较复杂，包括政府部门、业务层在内的机构，共同承担着指导、调控、管理等功能。
二、航空物流产业主要问题
（一）航空物流人才匮乏
我国航空物流行业正处于起步阶段，航空物流需要大批具有专业技能的物流技术人员才能应对日益激烈的行业竞争。航空物流业需要的人才是既懂得物流专业知识，还要掌握必不可少的法律知识及沟通技巧。
（二）管理体制与运行机制存在矛盾
在机场管理体制方面，对于机场的定位、机场的管理方式以及航空物流运营模式还无法完全适应快速发展的货运需求。与此同时，机场与航空货物运输企业利益交错，间接地影响着我国航空物流业的快速发展。
（三）硬件基础设施相对落后
我国航空物流基础设施与国外同类公司相比货物运输运力不足，难以适应物流需求迅速增长的形式。与我国巨大的消费市场相比，无论是机场数量还是依靠轮辐式覆盖全国的各个网点数量都远远无法满足如今发展迅猛的市场。
三、构建我国航空物流产业体系的策略
结合我国航空物流产业发展现状来说，主要依赖于传统的民航运行机制，然而物流运输与航空客服之间还存在一定的差异，并不适合长远性发展。通过借鉴国外发达国家对航空物流产业发展的经验，与自身现实需求相结合，从而形成符合中国国情的航空物流产业体系，是一种较为稳定的发展模式。从上世纪70年代开始，世界主要的发达国家对航空物流都采取了放松监管、加大扶持的政策，主要目的是打破长期以来的铁路、公路运输垄断，实现物流产业各方面的均衡发展。例如美国就引进了私人投资，加速航空物流产业的市场化进程，刺激市场竞争机制形成。
关于国内航空物流产业体系的构建，主要取决于政府和企业两个主体，这其中政府是主要的政策、资金和管理供应方，政府的态度决定了航空物流产业的走势，而企业则是扮演者最主要、最积极的角色，包括基础建设、产业推动和市场秩序维护，在政府许可的范围内，遵循相关物流产业法律，促进公平、公开、公正、统一有序的航空物流市场。
具体策略包括以下几个方面：
（一）提升航空运输企业的专业性
航空运输企业是实现航空物流的关键，目前我国的航空物流并不集中也不专业，大多由临时性的航班构成，或利用客货混搭的形式展开。而国际上著名的航空公司，都实现了客货分离，建立专门的货运航空企业，并根据相关的需求，建立专业性较强的服务体系。
我国目前仍然处于航空活跃的初级发展阶段，主要任务是提升自我的专业性，从改善基础设施入手，不断地完善货运代理、航线设计、通关程序等，并与目的地深度合作，构建无缝转运体系，尽量压缩成本。
（二）增强物流产业企业的规范性
我国在物流产业方面的法律政策明显存在缺陷，以国际货运代理业务而言，目前并没有一个专门的机构管理，而是有外经贸部门代管。同时，国内的物流代理渠道也缺乏统一性，快递业与邮政主管部门在市场化过程中产生了很大的分歧，大部分民营企业具有良好的市场经营模式，但却没有相对应地优势政策渠道。
从制度改革入手，增加物流产业企业的规范性，实现全国统一标准，满足航空物流的协调性，是我国航空物流运输产业体系建设的基础。例如，允许民航快递公司购买飞机、航线，拥有专属、专营的舱位和仓库，开放航空管制等。尤其是针对全球性的航空物流业务代理，应该重点扶持大型物流中介代理机构，实现资金、设施、人才等方面的投入扩大，提升中国在国际航空物流领域的竞争力。
（三）加快第三方物流的整合分化
从国际市场来看，货运代理是实现航空运输的主要中介渠道，在国外已经形成了专业的代理公司和市场。而国内则主要是小规模的企业代理业务，渠道的临时性很明显，变数较大，随着航空物流需求量的提升，这种模式显然不能满足。因此，应该加速第三方物理的整合风化，给予中介机构相应的地位和法律认证。例如，由政府牵头组建航空物流中介机构审评机制，加上市场竞争淘汰，提升大量的中小货运代理企业水平，实现物流、代理、航运、仓储等方面工作的分离，并借助互联网技术，形成一个紧密配合的整体。
四、结束语
可以预见，随着中国与世界的经济贸易关系日渐密切，电子商务产业不断发展，必然会带动航空物流产业的高速发展，作为物流产业的重要组成部分，航空物流所发挥的作用也越来越重要，积极构建相应地产业体系，对我国经济发展具有重要的推动意义。
参考文献：
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[4]阳旭.天津航空产业培训体系构建研究[J].空运商务，2009，14：46-48.
碳纤维复合材料在航空领域的应用 篇5
1 碳纤维复合材料在航空领域中的应用
碳纤维复合材料因具有比重轻以及刚性强的特点, 较为适宜在航空领域应用。由于这种材料属于一种新型的材料种类, 因此, 在目前的航空领域中, 这种材料主要应用于小型商务飞机以及直升飞机的研制和开发中, 虽然这种材料也应用于航空领域中的其他机型上, 但是目前应用的规模较小。
1.1 碳纤维复合材料
碳纤维复合材料在实际的应用中, 具有独特的理化性能, 较为适合应用于航空领域中。在航空领域中, 利用这种材料对飞机以及卫星等飞行器进行组装, 可以有效的增加这些飞行器的推力, 同时也能够降低飞行器在飞行时所产生的噪音。碳纤维复合材料本身的比重较轻, 因此, 其所能够消耗的动力也相应的较少, 采用这种材料对航空领域中的各种飞行器进行研制, 可以有效的降低飞行器耗费的燃料, 从而达到节约能耗的目的。根据相关的调查报告可知, 航天飞行器自身的重量减少1kg, 其相应的运载火箭自身的重量也会相应的减少500kg, 这样就降低能源和资源的消耗, 从而降低成本的投入。我国目前在新型的大型客机研制中, 也开始采用这种材料, 相信改材料所具有的高性能, 可以在很大程度上提升客机的运载能力及在空中运行的稳定性。同时节约资源、降低能耗, 实现客机经济效益的最大化。
目前, 在客机整机材料的使用方面, 碳纤维复合材料所占有的应用比例已达到了60%以上。正因为这种材料所具有的较高的比强度, 从而能够有效解决客机大质量与安全性能之间的矛盾关系, 进一步的保障飞机行驶的安全。
1.2 碳/碳复合材料
碳/碳复合材料从本质上来说, 其是属于一种增强材料, 这种材料在实际使用的过程中, 主要以利用碳纤维以及碳布等作为增强材料来实现其性能的提升。在这种复合材料中, 唯一的构成元素就是碳元素, 使得这种材料具有明显的碳材料的特点及优势。密度相对来说较低, 热性能较为优越, 而且在导热性方面也表现优异, 提了材料的热膨胀系数。碳/碳复合材料在高温下具有良好的使用性能, 能够抵抗较高的温度, 增加了材料的使用温度上限。这种材料本身的比重也较轻, 因此这种材料在航空领域中也得获得了极大的利用。在目前的航天飞行器中, 这种材料主要应用于轨道的鼻锥部位以及机翼的前缘部位。除此之外, 在高超音速飞机中这种材料也有应用, 在高超音速飞机中, 这种材料主要是用在刹车片的制造中, 现阶段, 世界上很多的军用飞机和民用飞机都采用这种材料来增强飞机自身机体的性能, 从而保障飞机飞行的安全性和平稳性。
2 我国碳纤维复合材料发展现状
碳纤维这种材料从诞生以来就开始应用于航空航天领域中, 可以说航天领域是碳纤维材料的传统应用领域, 而碳纤维复合材料在航天飞行器中也应用了数年, 由于这种材料的优越性能, 在航空航天领域的使用量在逐年提升, 在最初应用时, 碳纤维复合材料的应用数量只有8200吨, 而随着这种材料应用优势的迅速凸显, 在2015年, 这种材料的应用总量将达到2万吨。在目前的客机中, 碳纤维复合材料主要应用于中央翼盒以及机尾组件等部位的研制, 而在波音型号的机型中, 这种材料有将近50%的应用量。这种材料的应用, 有效的提高了飞行器的飞行性能, 而碳纤维复合材料主要应用于波音型号机型的主机翼以及机身当中。碳纤维复合材料取代了原有的金属结构材料, 碳纤维复合材料的应用, 不仅使得飞行器的自身重量得以有效的减轻, 同时还有效保证了飞机的刚度以及强度, 大大节省了燃油的消耗量, 达到了节约能源的目的, 从而最大限度地保障了飞行器的经济效益。在未来航空航天领域的发展过程中, 碳纤维复合材料的制备技术及性能水平必将得到进一步的提升, 并且会广泛的应用到新一代飞行器的研制中。
我国在近年来不断进行新型飞行器的研制, 以推动我国航天领域的发展, 而我国航天领域在发展的过程中, 对碳纤维复合材料的应用也提出了更高的要求。我国属于人口大国, 经济市场也相对广阔, 随着我国经济的不断发展, 我国已开始和世界进行接轨, 在国际市场的竞争力也在逐渐的提升。然而, 由于我国实际发展状况的限制以及我国国情上的制约, 碳纤维复合材料的发展还远远不能满足我国社会发展的实际需要。我国还需要对碳纤维复合材料进行深入研究和不断创新, 结合我国社会发展的实际情况, 从而促进并扩大对碳纤维复合材料的应用。碳纤维复合材料可以说是航空领域发展的基础, 如果碳纤维复合材料的应用无法满足社会发展的需求, 那么将会对我国航空领域的发展带来极大影响, 使得我国在该领域的技术水平要远远落后于世界各国。因此, 我国应加大力度扶持碳纤维复合材料产品技术的研发并拓展在航空航天领域的应用。不仅仅是要在资金上给予支持, 在政策上给予帮助, 更重要的是为该领域创造良好的发展环境和健康的发展空间, 培育一批具有超强竞争力的兼具研发、生产及销售能力企业。只有这样我国的碳纤维复合材料科技水平才能在国际上占有重要地位, 方能在日后的国际竞争中跻身优势行列, 这对于我国航天航空事业的发展有着极其重要的意义。
结束语
在全球化经济不断加速的今天, 国与国之间的联系日益紧密, 相互之间的技术交流和技术竞争也在不断加强。我国在碳纤维复合材料上的发展取得了举世瞩目的成就, 但是在发展中同样存在着一些问题, 如产品质量处于中低层次, 生产成本过高, 生产能耗较大, 环境污染严重等。因此, 在日后的发展过程中一定要做到高瞻远瞩, 制定好长期的发展规划, 把握好健康的发展策略, 明确并锁定发展方向, 只有这样才能更好地促进产品更新与产业进步。
摘要：随着我国经济的不断发展, 科学技术的不断进步, 材料科学技术的更新也不断加速, 在各项重大工程项目中, 始终离不开关键材料的应用。材料性能的好坏能够直接影响到工程项目的整体质量。因此, 材料体系的创新与材料性能的优化对于有效提高工业产品的质量起到至关重要的作用。碳纤维复合材料是一种新型材料, 由于这种材料在诸多应用上体现明显优势, 使其在各个尖端领域中都获得了重要应用, 尤其是在航空领域中, 碳纤维复合材料的应用尤为广泛。本文就碳纤维复合材料在航空领域的应用及发展现状进行了简要的探究, 仅供参考。
关键词：碳纤维复合材料,航空领域,应用
参考文献
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复合型航空物流人才 篇6
关键词：阶跃扰动,系统辨识,动态前馈补偿,复合控制器
0 引 言
在工厂、工业生产过程中, 控制系统总是在各种外部干扰作用下工作的。系统的外部扰动主要分为随机扰动和确定性扰动[1]。而在常用的PID负反馈控制系统中, 仅当被控量偏离给定值的情况下, 调节器才会起控制作用, 从而补偿扰动的影响。显然, 这种控制系统的控制作用总是落后于扰动的作用。对于一些扰动较为剧烈的状况, 负反馈控制器无法及时、准确地消除扰动的影响。而前馈控制是按扰动量进行的开环控制, 当影响系统的扰动出现时, 就按扰动量直接产生校正作用[2], 因此针对可测量的扰动, 前馈-反馈复合控制即可以获得显著的扰动补偿效果, 又具有常规PID控制的优点[3]。
本研究针对在台架试验中用于带转航空发动机的空气起动系统存在的问题, 提出了前馈补偿方法。
1 系统简介
某些航空发动机在台架进行试验时, 采用的是空气起动机来进行带转、起动, 其进口需要提供一定压力、温度和流量的压缩空气, 保证空气起动机的运转及带载能力。起动机的供气系统如图1所示, 该系统为一带确定阶跃扰动的恒值系统。
系统的工作过程如下:气源供气压力为一定值, 通过电动调节阀V2限制总供气流量, 确保供气流量恒大于空气起动机所需流量, 一般处于开度90%左右。打开V1, 截止阀V3关闭, 通过旁路调节阀V4自动调节放气流量, 保证调节压力为一恒值, 当起动空气起动机时, 截止阀V3按起动信号自动打开, 压缩空气进入起动机进口, 起动机开始运转。要保证空气起动机快速、平稳起动及运转, 需保持进口压力始终为一定值。
由流体力学可知, 通过阀门的流量与阀门前后的压差成正相关的关系, 即:
式中:Q—通过阀门的流量, ΔP—阀门前后形成的压差, K—系数, F—流通面积。
由式 (1) 可知, 当起动机开始起动时, 截止阀V3打开, 系统整个流通面积增加, 气源与外部环境压差一定, 空气流量Q1增加, 在气源压力、电动调节阀V2流通面积一定时, 必导致调节压力下降, 从而引起起动机进口处空气压力、流量下降系列反应, 形成一个确定的阶跃扰动。
在系统采用数字PID控制器调节时, 其抗扰动能力较弱, 调节压力受到扰动下降约130 kPa, 空气起动机进口处压力测点在截止阀V3打开后, 压力缓慢上升, 到达稳态时间约为8 s, 致使起动机带转发动机到达稳定转速时间过长, 影响了发动机起动过程。因此, 针对数字PID控制器存在的缺点, 需了解系统中被控对象、扰动信号的特性, 设计鲁棒性更强的控制算法。
2 对象模型辨识及扰动评估
2.1对象模型辨识
被控对象的辨识信号采用伪随机二位式序列 (以下简称M序列) 信号, M序列是一种很好的辨识输入信号, 它具有近似白噪声的性质, 不仅保证有较好的辨识结果和精度, 而且它的信号幅值、周期、时钟节拍容易控制, 在工程上易于实现[4]。
本研究根据实验测得对象的截止频率fm≈0.8 Hz, 设定M序列参数为:Δt=0.3 s, Np=31, 幅值a为从25%～50%变化, 数据采集频率为10 Hz, 获得实测对象响应数据如图2所示。
最小二乘法[5]是系统参数辨识中最常用的方法, 适用于白噪声模型[6], 被控对象建模采用基于最小二乘算法的OE (输入误差) 模型, 其形式为:
式中:q—位移算子。
在进行模型的参数辨识时, 必须首先确定模型的阶次。若模型的阶次不合适, 参数估计会产生很大的误差, 所建模型与实际对象就会存在较大的差异。
模型定阶方法通常有3种:FPE准则 (最终预报误差准则) ;自相关和偏相关函数定阶法;AIC和BIC定阶准则[7]。已知BIC确定的模型阶数是其真值的一致估计[8]:
式中:
模型的BIC值如图3所示, 由BIC准则确定对象模型阶数为:nb=2, nf=3, nk=3。
本研究将气动调节阀V4的M序列响应数据去除趋势项后定义为iddata数据, 采用Matlab的oe () 辨识函数获得对象模型为:
模型输出及另一组试验数据对比, 模型的残差及相关分析如图4、图5所示。从对比结果看, 模型与实测数据拟合程度较高, 残差近于白噪声, 所建模型可以真实代表实际对象。
2.2扰动模型建立
针对系统中的阶跃扰动, 是由于当起动时, 调节阀V4处于某稳定状态, 截止阀V3打开所造成, 而截止阀V3只有开/关两种状态, 不存在中间调节过程, 相当于只是一个单位阶跃信号, 对系统输出的扰动是一定的, 并且多次测量结果具有较高的重复性, 可以将其看作为一单位阶跃信号经一确定传递函数后获得。
扰动模型输出及试验数据对比如图6所示。本研究将阶跃信号到压力开始变化的时间作为延迟阶数, 输入/输出数据同时从开始变化时对齐, 采用pem () 函数进行辨识得到模型, 最后加入延迟阶数。得到扰动模型如下:
3 PID反馈-前馈控制算法
PID反馈控制是按照系统的输出与设定的偏差值来进行控制的, 只有当输出量发生偏移时, 才能产生抑制输出量偏移的控制作用, 很明显其在时间上存在滞后。而在前馈控制中, 不存在被控量的反馈, 直接按照一定的规律控制系统输出, 前馈控制具有一定的预见性, 但前馈控制对于补偿的效果没有检验手段。
因此为了解决两种控制方法各自的局限性, 在工程中往往利用它们相应的特点, 将前馈、反馈结合起来应用, 形成“前馈—反馈复合控制”, 如图7所示。这样, 既发挥了前馈校正作用的优点, 又保持了反馈控制能克服多种扰动以及对被控量最终检验的长处。
对线性系统, 理论上前馈控制补偿的完全不变性条件是:
Gn (z) +G1 (z) B (z) /F (z) =0 (6)
由此得出前馈补偿装置传递函数:
G1 (z) =-Gn (z) F (z) /B (z) (7)
完全不变性前馈补偿在实际工程实现时, 其前馈函数必须是稳定的, 并且分子中不能存在纯超前项。
设对象通用模型为:
扰动通用模型为:
因此由式 (7、8、9) 可得, 对象及扰动模型需具备以下条件, 才可实现完全不变性补偿:
(1) 被控对象为最小相位系统, 即模型传递函数的零点位全部于s域的左半平面 (z平面的单位圆内) , 所以其逆系统是稳定系统[9]。
(2) 对象及扰动模型阶数需满足:
(i+m+p-k) ≤ (j+n) (10)
式中:n—对象模型零点阶数, m—对象模型极点阶数, p—对象模型延迟阶数, i—扰动模型零点阶数, j—扰动模型极点阶数, k—扰动模型延迟阶数。
由获得的对象及扰动模型可知, 其满足上述两个条件, 可以采用完全不变性条件直接设计前馈控制器。本研究利用输出恒等于0的条件, 直接采用阶跃信号经扰动模型获得的干扰量计算出完全控制的补偿量, 只针对该特定的扰动进行补偿[10]。
由式 (7) 计算、整理后推得前馈传递函数为:
G1 (z) =G2 (z) ×z-12 (12)
4 试验结果
公式 (11) 的实际物理意义为:在系统接收到起动指令后, 延时1.2 s, 将单位阶跃信号作为前馈通道的输入, 经过G2 (z) 传递函数运算, 将其输出叠加到PID控制器的输出, 补偿系统输出受到的干扰。
实际控制结果曲线如图8所示。
从实际控制结果看出:系统采用纯PID反馈控制时, 当空气起动机开始起动时, 空气调节压力受到扰动, 下降到273 kPa, 然后压力开始逐步恢复, 整个受扰和恢复过程时间约为6 s。
在系统采用前馈—反馈复合控制算法后, 空气起动机起动时, 调节压力受扰程度明显改善, 空气起动机进口处压力测点在气动V3开后, 起动机进口处压力测点值到达稳态上升时间由8 s减小为2 s, 极大改善了控制效果。该控制算法较经典的PID反馈控制具有更好的鲁棒性。
5 结束语
针对具有定常阶跃扰动的空气起动系统, 提出了应用完全动态前馈补偿的实现方法。试验结果表明, 前馈-反馈复合控制与纯PID反馈控制相比, 对外部动态扰动的抑制效果好, 改善了系统动态性能, 且在工程上容易实现。改进的控制算法缩短了空气起动机带转发动机至点火转速时间, 保障了发动机成功起动。
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复合型航空物流人才 篇7
随着我国加入世界贸易组织以及世界经济一体化趋势的进一步深化,我国以更深入的层次,更宽广的领域全方位融入全球经济。越来越多的中资企业开始进军国际市场,同时外资企业在中国市场的角逐也日趋激烈。
在这样的大背景下,社会企事业单位与地方经济更加迫切地需要“外语+商务”的复合型外语人才,而单一只具备外语语言技能逐渐脱离了社会与地方经济对外语人才的现实需求。传统英语语言与文学专业在这样的新形势面前亟待冲破传统观念和体制的束缚,从实际出发积极改革创新教学内容、教学方法和课程设置。这一观点已经体现在最新编写的《高等学校英语专业英语教学大纲》中。《大纲》指出,高等学校英语专业的培养目标应该是培养具有扎实的英语语言基础和广博的文化知识并能熟练地运用英语在外事、教育、经贸、文化、科技、军事等部门从事翻译、教学、管理、研究等工作的复合型英语人才。
课程设置作为教学计划的重要组成部分,对于教学活动来说起着至关重要的作用。商务英语在社会经济发展中起着重要的作用。这就要求我们在课程的设置上要与时俱进,了解和分析商务英语专业的社会发展需求,正确定位其人才培养目标,修正培养模式,认真研究已有的课程设置模式,认识当今课程设置中出现的问题,做到因地制宜地处理好关键因素之间的关系,是解决课程设置问题的必经之路,也是推动商务英语教学发展的重要契机。
二、南昌航空大学英语专业(商务方向)设置
南昌航空大学英语专业(商务方向)自1994年开始招收全日制本科生,主要培养面向21世纪国际经济发展与合作迫切需要的具有扎实的英语语言基础、比较广泛的科学文化知识和较深入的商务知识,能在与商贸有关的领域和部门从事翻译、研究、经济、管理及教学工作的复合型、应用型高级人才。这一目标注重强调“复合型、应用型”,突出了该专业培养人才的特色。具体来说该专业本着培养“厚基础、宽口径、高素质、创新型”人才的原则,实施外语+专业方向、辅修相关专业或第二学位等复合型人才培养模式,不断完善教学计划,改革课程体系,加强课程规范建设,拓宽专业方向,突出教学特色,使学生较系统地掌握英语语言、外贸理论和基本知识,掌握与商贸英语相关的基本技能和方法,成为能够运用英语从事国际商务、外事、翻译、旅游、教学,具有创新意识和实践能力、具备开放性知识架构、具有时代特色的应用型复合型英语人才。
主要课程有:综合英语、高级英语、英语视听、外贸会话、翻译学、国际贸易、外贸函电、市场营销、秘书学、计算机应用与实践、二外等。该专业的课程设置分为必修课和选修课两大类。必修课为各专业方向统开课程,包括公共基础课,学科基础课、专业限选课、专业任选课和实践性必修五个模块,共162学分;选修课包括专业方向和综合选修课,前者为本专业方向的必选课,后者为非本专业方向的任选课,共计64学分。其中商务方向的限选课开设六门:国际贸易实务、国际商务函电、国际商务英语阅读、外贸英语会话、国际营销学和国际贸易理论。专业设置方面突出了该方向的专业特色。
从总体课程设置看,该专业语言知识技能课比例适中。一二年级必修课程中的学科基础课和专业基础课沿用了传统的英语语言文学专业的培养模式,开设了基础英语、听力、口语、英语语法等。随着学生知识技能的提高,部分语言技能课程开设时间滞后,这会降低学生的学习兴趣,不利于夯实学生语言基础,与学生找工作和考研准备时间重叠,影响学习效果。高年级开设的国际商务方向六门选修课,课程门类单一。与《高等学校商务英语专业本科教学要求》相比,核心课程门类较少,没有涵盖管理学导论,跨文化交际等课程,这都使得毕业生的知识体系不够完备。课程设置缺乏教学实践的环节。大部分课程仍以传授专业知识为主,缺乏技能训练。学生很少有机会接触社会,理论与实践常常脱节,导致语言应用能力、应变能力、实际操作能力等低下,毕业后无法适应工作岗位的需要。
三、关于建设复合型英语专业的建议
对外经济贸易大学的江春和丁崇文对商务英语人才招聘要求进行了实证分析,得出的结论是,社会对商务英语人才的整体需求包括:1、遵循英语语言规律,对语言资源根据场景的需要进行正确应用的能力;2、了解商业行业的管理和程序,学会用策略的能力;3、了解商务领域的知识和发展动态,跟上发展变化趋势的能力;4、跨文化交际的意识和能力;5、具有较高的素质。这就意味着英语专业(商务方向)应该以商务语言能力为核心,以国际商务和交际能力为重点,专业与语言相互促进,有机融合。随着中学英语和大学英语水平的逐年提高,非英语专业学生的英语水平已经慢慢能够适应实际工作对英语水平的要求,而他们的专业知识要远远高于英语专业的学生,这就让英语专业的学生产生了竞争优势流失的强烈危机感,进而引发了学生层面对复合能力的呼唤。因此,笔者认为,应该从实际出发,在英语专业(商务方向)的课程设置中有的放矢地增加商务英语类课程的比例,特别是加大商务知识模块课程,并且在这些商务知识模块课程中要始终坚持全英文教学或至少双语教学。在保证原有的学位课程的前提下,适当增设实用性较强的实践类课程,如“对外贸易实训”“商务英语谈判”“商务合同翻译”等相关类课程。
四、结语
商务英语作为一个应时代需要而快速发展的新兴专业,其课程设置是一项复杂的系统工程,需要花较多精力和较大投入加以研究完善。需要充分考虑社会需求和人才培养目标,认真分析和研究已有的课程设置模式,运用科学的设计原理和方法,处理和解决好现实中的矛盾,使高校商务英语的课程设置逐步趋于完善,商务英语专业人才不断发展。
摘要：随着全球化和中国加入WTO,国际商务活动的蓬勃发展,国内外商务合作与业务往来的日益频繁,社会对国际商务人才的需求与日俱增。国家和社会对大部分的英语人才的需求已经从纯英语语言技能提升为“英语+某一专业知识”复合型能力。因此优化商务英语课程设置,提高学生的实战能力,已经成为当今商务英语课程设置的首要目标。本文以南昌航空大学英语专业作为切入点,分析研究该专业课程设置和培养方案的特点,试图探索如何建设复合型英语专业,推动英语专业人才可持续发展。
关键词：商务英语,课程设置,人才培养
参考文献
[1]江春,丁崇文.商务英语课程设置探讨[J].对外经济贸易大学学报, 2008,(3).
[2]董亮,许菁,冯晓萍.商务英语专业课程设置分析——基于我校英语(国际商务方向)专业人才培养模式的研究[J]吉林广播电视大学学报,2010,(9).
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复合型航空物流人才 篇8
1 当前我国先进复合材料的发展现状
我国从20世纪70年代开始进行复合材料研究工作, 经过40年的发展, 我国的先进复合材料科技水平不断提升, 取得了令世人瞩目的成绩。随着科学技术的持续更新, 树脂与玻璃纤维的使用技术也在持续发展, 部分生产厂家为适应产品需求不断提升自身的生产能力, 让部分复合材料的价格成本被业内同行接受。但由于玻璃纤维的符合强度还不能媲美金属。因而碳纤维、硼纤维等也开始逐步应用和普及, 完善高分子复合材料家族, 并逐步成为部分产业必备的材料。世界范围内复合材料年均产量已经达到550万吨, 其中年均产值是1300亿美元。若将这些复合材料应用到军事领域内, 其产生的价值将无法估量。
先进复合材料已经在航空航天领域内开始大规模应用, 逐步从次承力构件进入到主承力构件, 这些复合材料多应用在军用飞机、民用飞机和航空发动机。虽然我国在复合材料生产研发上已取得成绩, 但相较于国外先进水平还有一定的差距。我国现有的复合材料无论从工艺、设备还是制备方法上, 都与国外同类产品。特别军用战斗机复合材料用量远远低于国外先进战斗机复合材料的使用总量。能超过这一总量的军用战斗机其整体用量只能控制在20%左右, 比如J-20复合材料的总用量是27%。我国成功研制的大型民用飞机其复合材料使用概率能达到16%, 通过上述可查数据能获悉我国使用先进符合材料在航空航天领域的应用价值正在逐步呈现上升态势。
2 先进复合材料在航空领域的应用
2.1 军机上的应用
为让新一代战斗机的性能持续提升, 且满足超音速的巡航与隐身要求。90年代后期, 西方的战斗机全部运用复合材料构造机身。运用先进复合材料能加大军用运输及的栽种量, 提升军用飞机能携带的油量, 克服常规材料在超高音速飞行器研制中油携带存有的瓶颈问题。因而, 就要让先进的复合材料广泛的使用在军用飞机上面, 就要使用符合其使用性能的材料。如, 比较常用的碳纤维增强树脂基复合材料, 这一材料就应使用在军用飞机的主要结构、次要结构和特殊部位等, 不但能提升军用飞机的抗腐蚀性, 更能带动其抗疲劳性, 减轻整体机身的重量, 提升飞行的高效性。如:F22存有超声波速巡航需要, 因而飞机的外层表面要时刻与空气产生摩擦, 大量的空气摩擦产生热力, 若材料不能适应会引发小范围的磨损并伴有火花, 严重威胁飞行安全。为此就应在机翼复合材料上使用新型的复合材料, 常用的材料是双马来酰亚胺树脂基体材料, 该材料能承受260度的最大工作温度。
2.2 民机上的应用
民用飞机与军用飞机在使用性能上存有本质不同, 民用飞机主要的职能是载客, 通过运营获取利益, 商业成分更多, 因而更重视飞机的安全和舒适性。所以使用常规材料就能满足民用飞机的使用性能要求。复合材料应用在飞机上的时间尚短, 有关民用飞机材料工艺稳定性试验的数据不慎明确, 故需要时间检验民用飞机上的复合材料使用状况。在民用航空上复合材料的使用限制因素较多, 可详细的划分为两大类, 结构件复合材料使用和机舱内复合材料使用。
就波音787为例进行探究, 每一架波音787飞机其结构比例中存有大概50%吨的复合性材料, 这说明如果从材料密度考虑能节约15吨的重量。空客也在这个过程中发挥自己的优势, 其中就改名的A-350为例, 其超宽的机身, 所使用的复合材料占比能够达到52%, 这是现有商用科技中占比最高的机型。
A-350xwb的机体宽度要大于B-78713cm, 这两个机体是世界上仅有的大型商用机巨头, 两家都先后推出复合材料, 其总占比能达到50%, 这就表明大型客机的结构材料设计要以复合材料为主。波音787等新一代复合材料在飞机上为更好的体现其性能, 依靠运用低密度材料减轻机体重量是一方面, 更要在工艺、结构力学上做好复合材料的设计与护理, 由于使用复合材料存有较大的优势, 如果在结构设计上处理的好, 让其优势发挥的更加明显, 做出符合标准结构部件。由于其性能稳定, 所以整体结构不会随温度产生较大的尺寸变化。
国产的飞机在复合材料使用上比较保守, 通过公开报道显示, 复合材料使用总量能占整个飞机总量的20%左右。飞机上经常运用的复合材质是碳纤维树脂基复合材料, 整体性能稳定, 能承受高温腐蚀, 质量偏轻。因而其性能优势远远超过于常规材料, 由于复合材料价格占整个铝合金材料的十几倍以上, 所以有些部分复合材料价格昂贵。
3 复合材料在航空领域中的发展前景
航空器水平的高低主要与先进复合材料的应用状况联系密切, 且复合材料的使用是航空器发展的重要物质基础和先导性技术。我国先进复合材料应用水平相较于国外存有差距。基于此, 我国已经加大重视力度, 加快相关领域的研究, 当前整体收效较好。
3.1 智能化
复合材料的研究需满足智能化需求, 智能型复合材料可广泛的应用在航空航天器的外表面。要求在未来一段时间内, 在航空器的表面加设各类传感装置, 实时监控周边环境, 并运用通讯、电子等系统, 保障航空器在一定环境内的平稳运行。
3.2 多功能化
为减少航空航天器的整体体积, 就应想尽一切办法提升航空航天器的预防能力, 部分结构部件也应多项功能, 通过应用多功能复合材料为航空航天器的新型功能赋予更多的意义。从现阶段考虑, 多功能的复合材料研究已从双向功能逐步转化为三向功能。
3.3 质量轻、性能高
使用先进的复合材料能减轻航空航天材料中的总质量比, 虽然我国航空材料占比已达到20%, 但与国外的25%占比相比还存有差距。我国的复合材料整体性能偏低, 结构性能偏差。在未来发展中, 需强化复合材料的强度和韧度, 以期在整体研究方面提出新的要求。研发中要求研究整体性能好, 强度高和韧度强的新型复合型材料, 让复合材料的总体减重比小于25%。
3.4 低成本
目前航空航天发展中复合材料使用中存在有的最大限制性因素是成本偏高。为解决这一问题, 需着重研究复合材料的制造工艺, 并运用科学合理的制造工艺制造和加工符合材料的结构与尺寸。运用先进的控制技术, 开展自动化的控制模式, 提升符合材料的生产效率。这不但能提升复合材料的成品效率, 更能降低复合材料的造价成本。
综上所述, 历经40年的发展, 我国的先进复合材料工业体系日趋完整, 并已经成功进入到航空航天生产实践内。但通过资料和数据对比获悉, 在加快发展中还与世界先进水平存有差距, 作为一名高中学生, 我要努力学习相关文化知识, 力争学成以后在复合材料的制造、设计与工艺方面改进方面贡献自身力量。
摘要：先进复合材料具有高性能、多功能和智能化的特点。由于其可塑性强, 质量轻, 现已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等行业。文章简要分析我国先进复合材料的发展现状, 综述航空航天材料的应用发展状况, 最后探析复合材料在航空领域内的未来发展前景。
关键词：航空航天,复合材料,发展现状,前景探究
参考文献
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孟菲斯：物流带来的航空港 篇9
托尼·阿姆斯特朗是美国田纳西州孟菲斯市一名普通市民，30岁那年，他创办了一家运输公司，如今已拥有100名员工、百十辆大型运输车。
阿姆斯特朗是许多孟菲斯人的缩影。这座仅有60多万人口的城市，十分之一劳动力直接从事运输业，三分之一的人职业与航空城有关。航空和货运已经成为孟菲斯的两大产业支柱和经济引擎。
一个昔日的“棉花城”，如何一步步变身全美货运航空中心并十几年保持全球最大航空货运港地位而不倒？
一个决策改变一个城市
孟菲斯位于美国田纳西州，密西西比河从城中自北向南流过，将它分为东西两部分。自北美殖民者定居以来，孟菲斯逐渐成为港口城市，跻身美国四大内陆港之列。
孟菲斯市周边是棉花种植区，很像美国经典电影《飘》所描述的地理环境。在孟菲斯棉花交易所的墙上，至今还可以看到《飘》的电影广告画面。上世纪50年代，孟菲斯成为全美最大的棉花现货市场。
时光流转，密西西比河上的运棉船如今船影寥寥，孟菲斯却因航空港的蓬勃发展而依然充满活力。
拉里·考克斯，65岁，土生土长的孟菲斯人。从实习生到孟菲斯机场管理局总裁兼首席执行官，考克斯堪称孟菲斯机场的“活地图”。
考克斯说，孟菲斯从水运中心、铁路交通中心发展为航空城，联邦快递创始人弗雷德·史密斯起到至关重要的作用。
史密斯上大学时便敏锐捕捉到快递的重要性，认为进入20世纪60年代，美国经济将愈发依靠服务业和高技术产业。许多制造“质轻价昂”产品的公司不再依赖于接近原料产地，而是把企业设在能够吸引科学家、技术和管理人员的地方。正是抓住这一全新生产方式提供的契机，史密斯率先创立“隔夜快递”这一新兴服务行业。
1971年，史密斯在小石城创立联邦快递公司，却因城市雾气大不利飞机起降、周边阿肯色河水运量小、地方政府不愿为公司提供建机场所需土地等诸多因素而无奈迁址。此时，位于小石城以东200多公里的孟菲斯向史密斯抛出“橄榄枝”。
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联邦快递与孟菲斯
如今一到了夜晚，联邦快递位于美国航空城孟菲斯的总部上空总是“星星”闪烁。它们不是真正的星星，而是即将着陆的飞机。当联邦快递全球运营监控中心的时钟指向22时51分时，各部门都已做好接机准备，一场与时间的赛跑即将开始。23时11分，首架飞机飞抵机场。紧接着，装卸工人驾驶牵引车、挂斗卡车和电动车开往停机坪卸货，全程只需要20分钟。
随后，卡车将集装箱运往分拣大厅，按照货物大小和重量进行分类。通过阅读货物上的条形码，机场电子装置随时了解每件被发送货物的具体位置。装运货物的运输带长达3公里，像迷宫般蜿蜒在机场大厅，各种形状的包裹则如雨点一样从滑道落在传送带上……
这就是孟菲斯每晚都会出现的景象。提起这里，人们首先想到的是联邦快递。自史密斯将公司总部从阿肯色州小石城迁到孟菲斯之后，孟菲斯成为美国数一数二的航空城并多年保持全球航空货运量第一的位置。
联邦快递运营着全球最大的货运航空编队，每天在孟菲斯处理3万个包裹，实现全球直飞。
联邦快递的故事是风险资本创业投资的范例。1965年，还是耶鲁大学国民经济学专业学生的史密斯在一篇论文中提出以航空中心为基础的空运配送模式，认为当时从事投递业务的邮局和铁路等很少把包裹直接送达目的地，这留给快递巨大的市场空间。大学毕业后，史密斯开始按照自己的想法创业。
到20世纪80年代末期，联邦快递稳居美国隔夜快递业龙头企业地位。1988年，联邦快递向全球90个国家和地区提供隔夜快递服务。2005年3月，联邦快递率先开通全球航空速递运输业内首条中国大陆直飞欧洲的航线。7月，联邦快递宣布投资1.5亿美元在广州白云机场建设全新的亚太转运中心。
史密斯的长子理查德·史密斯说，联邦快递在孟菲斯机场雇佣将近3万名员工，航空城每3个就业岗位中就有一个由快递业创造。快递业的发展还带动高新技术产业和高端制造业的发展，每年为当地经济贡献的产值达280亿美元。
软硬兼备营造良好环境
就地理位置而言，孟菲斯享有发展航空业得天独厚的优势。
首先，孟菲斯位于美国中南部，密西西比河横穿市区，使它处在美国南北水上大通道咽喉的位置上。其次，两条州际高速公路交会于此，货运集装箱可以通过卡车在10个小时内抵达美国本土三分之二的地区。第三，孟菲斯铁路交通比较发达，火车站紧邻密西西比河，有利于水陆联运节省成本。另外，孟菲斯冬季气候温和，降雪较少，不会对航班起降造成季节性影响，周边的平原地形也有利于飞机起降。
除却出众的地理区位优势，孟菲斯的机场设施和政策环境为航空业起飞提供了软件和硬件的“双保险”。
20世纪20年代，孟菲斯市政府在市区东南部的棉花地上建起机场，占地大约1200亩。70年代，孟菲斯市政府对机场实施大规模改拓建，修建大型跑道以便大型飞机起降。为吸引联邦快递落户，孟菲斯市政府出面担保，为史密斯申请到20年期限的低息贷款，同时减免税收，提前储备发展机场所需的大量土地。
在孟菲斯机场管理局精心运作下，1973年4月，联邦快递总部正式迁往孟菲斯。
联邦快递入驻后，考克斯肩上的担子变得更重。一方面，由于航空货运量的迅速增加，机场需要不断改建扩建，急需大量资金；另一方面，在筹措资金的同时还要解决周边居民的拆迁问题，这一过程整整持续了10多年时间。
时至今日，联邦快递的世界总部仍然在孟菲斯国际机场。作为孟菲斯机场最大的客户，联邦快递的经济辐射力达到280亿美元产值。从机场示意图上看，联邦快递的作业区占据了整个机场约四分之一的面积。
谈及政府对航空业的支持，考克斯说，除为航空港发展提供必要政策支持，政府还需要对从业人员进行定期训练。另外，要发展航空业和民间快递业务，必须打破政府对航空业的垄断，减少监管部门的过多干预，转变中央政府职能，由过去的侧重监管向提供服务转变。
一业发达带动多业兴起
联邦快递的入驻带来航空业兴旺，同时也带动高新产业群体兴起。考克斯说，航空城是一个区域概念。孟菲斯航空城实际上覆盖阿肯色、密西西比和田纳西3州的部分区域，其中的机场、铁路、公路和水路形成一个综合运输系统。伴随机场发展，越来越多的企业将会进驻这一地区，为当地增加就业机会。
统计数据显示，孟菲斯航空城区域有130万人口，每3个就业机会就有1个是航空城创造的。在航空城产业辐射下，与它相关联的物流业、制造业、医疗服务业、计算机维修、旅游业等产业发展迅速。考克斯说，例如，顾客把笔记本电脑通过联邦快递业务空运至孟菲斯，在当地修理后，电脑第二天便可以空运给顾客，这就是航空港带动维修业发展的例子。另外，依托航空城，孟菲斯如今已成为全美最大的医疗器械制造中心，还是美国中南部最大的医疗中心，吸引多家医疗机构和保险公司入驻。
“即便是高端制造业的发展，”考克斯说，“也离不开快速便捷的物流和运输。”
说起航空城今后的发展，考克斯向记者展示了孟菲斯机场服务局2007年提出的20年航空城发展规划。除继续对机场实施改扩建外，在融资机制上，孟菲斯机场管理局还设立资本补充项目基金，资金来源为联邦政府和州政府拨款、机场收费、发行债券，以用于机场的改建和扩建。另外，联邦政府还将出资修建两条州际高速公路，其中一条已经动工修建。
复合型航空物流人才 篇10
与传统金属材料相比,复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好和结构尺寸稳定性好等优点,在航空领域获得了广泛的应用。从20世纪70年代开始,复合材料就首先在军用飞机上少量使用,到了80年代已在民用飞机上进行了试用。应用基本是从非承力结构到次承力结构最后到主承力结构,从部位来说是从尾翼到机翼最后到机身。随着技术的不断成熟,复合材料在飞机上的用量越来越多,减重效果也越来越明显。截至2008年,波音B787飞机上复合材料的用量已突破性地达到了50%,其后空客公司制造的A350飞机上复合材料的用量将达到52%, 这些都充分表明复合材料在航空上的应用与发展已达到一个飞速发展的阶段[1]。
长期以来,限制复合材料在飞机上扩大应用的原因主要有2个:一是技术成熟度没有金属高;二是复合材料成本太高,复合材料构件的成本远远高于铝合金构件。要想扩大复合材料在航空上的应用,就必须降低复合材料的成本。欧洲、美国、日本和澳大利亚等从1986年开始先后启动了TANGO(Technology application to the near-term business goals and objectives of the aerospace industry)、ALCAS(Advanced and low cost airframe structure)、ACT(Advanced composite technology)和CAI(Composite affordable initiative)等计划,开展了降低复合材料成本的织物预成型技术、液体成型技术(RTM、RFI)、自动铺带技术、自动铺丝技术、电子束固化等低成本制造技术的研究。通过验证,实现了复合材料在主承力结构上高质量、低成本应用,使复合材料用量达到飞机结构质量的20%~30%,减重20%~30%,降低成本10%~20%[2]。
本文旨在通过介绍国内外复合材料低成本制造技术的发展现状,如自动铺带技术、自动铺丝技术、低温固化预浸料技术、电子束固化技术、液体成型技术结合纤维编织及缝编技术和树脂膜渗透成型技术(RFI)的原理及工艺过程,并列举空客公司最新飞机A380使用RFI工艺制造后压力舱隔板的工艺过程,进一步促进复合材料在我国航空及相关领域的应用。
1 自动铺放技术
自动铺放技术是近30年来快速发展和广泛应用的自动化制造技术,包括自动铺带技术和自动铺丝技术。这两项技术的共同优点是采用预浸料,并可实现自动化和数字化制造,高效高速。自动铺放技术特别适用于大型复合材料结构件制造,在各类飞行器尤其是大型飞机的结构制造中所占的比例越来越大[3]。其中自动铺带技术主要用于大尺寸、中小曲率的部件,如机翼、壁板构件等的制造;而自动铺丝技术主要用于大曲率部件,如机身等的制造[4]。
1.1 自动铺带技术(Automatic tape laying)
自动铺带的基本过程为:先将带有隔离纸的单向预浸带在铺带头中切割成要求的尺寸,然后将其在压辊的作用下铺贴到模具表面,最后自动去除隔离纸。铺贴过程中为保证预浸料的粘性,必要时还可以对预浸带进行加热。该技术的关键是自动铺带机。国外从20世纪70年代中期开始研究自动铺带机,1983年第一台自动铺带机投入商业使用,F16战斗机80%的蒙皮由其铺贴。但早期设备只能铺放单曲面形体,预浸带带宽仅为75mm,可切割角度变化范围小。随着需求的不断增加, 开发出了第二代铺带机(带宽300mm,可铺贴大平面制件)和第三代铺带机(可以铺贴复杂双曲面)。目前国外自动铺带机的主要制造商有美国的Cincinnati、 法国的Forest-Line和西班牙的M Torris公司等。最新的10轴铺带机一般带有双超声切割刀和缝隙光学探测器,铺带宽度最大可达到300mm,生产效率达到1000kg/周,是手工铺贴的数十倍。
目前国外几乎所有的大型复合材料壁板结构都采用自动铺带技术铺贴。图1为自动铺带机工作过程及其铺贴的典型零件的照片[2,4,5,6,7,8]。
我国自动铺带技术的发展也比较迅速。2004年起南京航空航天大学与中国一航材料院联合开发自动铺带技术,完成了小型铺带机试制、专用预浸带技术研究和基于AutoCAD的初级CAD/ACM软件开发,并着手研制中型自动铺带工程样机,为研制具有自主知识产权的自动铺带技术奠定了基础。“十一五”期间,中国一航制造所、成都飞机工业公司和南京航空航天大学合作开展了6m×20m大型工业自动铺带机研制工作,通过引进铺带头关键技术,将在“十一五”末期研制出大型工业化自动铺带机,用于研制新一代飞机和大型飞机的机翼及壁板类复合材料构件[3]。
1.2 自动铺丝技术(Automatic fiber placement)
自动铺丝是将数根预浸纱用多轴铺放头按照设计要求所定的铺层方向和厚度,在压辊下集为一条预浸带后铺放在芯模表面,加热软化预浸纱并压实定型,整个过程由计算机测控、协调完成。该技术是为克服纤维缠绕与自动铺带技术的限制而研发的,其核心技术是多丝束铺放头的设计研制和相应材料体系的开发。1985年Hercules公司研制出第一台自动铺丝原理样机,1990年Cincinnati公司的第一台自动铺丝系统投入使用。国外主要的自动铺丝机制造商有美国的Cincinnati公司等, 目前最成熟的设备总运动轴可达到7个,丝束数目最大可达32根,最大成型构件可达Φ5.5m×16m,型面尺寸及重复定位精度达到±1.3mm。因自动铺丝的高度自动化,落纱铺层方向准确,可实现复合材料构件快捷制造,迅速形成批量生产,生产速度快、产品质量稳定,可靠性高,可真正实现“低成本、高性能”。
自动铺丝技术是目前发展应用最为迅速的复合材料自动化、低成本制造技术之一,最突出的应用是在波音公司最新飞机B787机身的制造上。图2为自动铺丝机铺放过程及其制造的典型部件的照片[2]。
国内自动铺放成型技术研究较晚,南京航空航天大学“九五”期间就开始着手调研,在学校贷款、航空支撑预研、国家科技部863项目资助下,完成了八丝束铺放试验系统、铺丝用精密低张力测控系统、铺丝开放式数控系统的研制和溶剂法专用预浸纱研究;并开发了基于OpenGL的自动铺丝运动模拟设计与仿真软件和基于CATIA的自动铺丝CAD/CAM软件原型,形成了自动铺丝及装备技术储备。目前正在开展自动铺丝工程样机的研究工作,为自动铺丝技术的应用研究奠定了基础[3]。
2 低温固化预浸料技术
低温固化预浸料[4]的固化温度低于100℃,固化后在自由状态下通过高温后处理可达到完全固化进而达到较高的玻璃化温度。经后处理的低温固化预浸料,其力学性能及耐热、耐老化性能与中、高温固化的预浸料相当。采用低温固化技术,可以大大降低对模具材料、辅助材料的要求。制造的复合材料的构件尺寸精度高,固化残余应力低,尤其适用于大型、复杂构件的制备。所用树脂多为环氧树脂,其核心技术主要在于潜伏性固化剂体系,预浸料既要保证足够的反应活性以便能在较低的温度下固化,又要有足够长的室温(超过10天)及低温(-18℃超过6个月)贮存期。目前应用最多的潜伏性固化剂是采用不同方法改性的咪唑类固化剂。从ACG公司1975年研制出第一个低温固化体系LTM10至今,许多公司如Hexcel、Cytec、3M也先后研制出各自的低温固化预浸料。国内北京航空材料研究院在过去的几年里也先后研制出了LT系列低温固化树脂及SY-70低温固化胶膜,其中LT-01及LT-03树脂分别配合T-300及T-700纤维,已用于无人机的研制。低温固化预浸料的发展趋势是实现不用热压罐,在真空压力下低温固化,通过控制树脂的流动性及反应特性,采用适当的预压实及固化工艺,使复合材料固化后的孔隙率与热压罐固化的产品相当。
目前低温固化预浸料更多的是用于复合材料工装及无人机复合材料构件的制造,部分用于复合材料构件的修补。
3 电子束固化
电子束固化是一个利用高能、高聚集度的电子束来固化树脂基材料的过程,电子直线加速器是电子束固化技术的主要设备,用于产生一般介于3~10MeV之间的电子束能量。电子束固化通常由2道工序组成,第一步是铺层、压实,第二步是采用电子束辐照固化,辐照工序要求电子束穿透整个工件厚度以及任何真空袋或模具材料。
电子束固化在室温下进行,消除了由于热应力而产生的部件翘曲和变形,能更好地控制外形,而且由于室温和真空袋的运用带来了低的加工成本;电子束固化时间很短,常为秒级至分级,降低了能耗;而且固化后制品的孔隙率、吸水率和收缩率都低,这是其显著的优点。另外,电子束固化与纤维自动铺放技术相结合,能成型大型整体部件,明显减少部件、紧固件和模具的数量,是复合材料结构减重的重要措施,也是降低成本的一种有效方法[5]。但电子束固化技术目前还很少在航空上应用。
4 液体成型技术
液体成型技术[4]是过去20年里复合材料低成本制造技术发展最重要的一个方向。该技术不需要用昂贵且使用、维护费用均较高的热压罐,可以高精度、稳定地成型复杂构件,表面质量、尺寸精度、重复性均优于热压罐成型的构件,适于制造较大批量的复合材料构件。该技术的核心是树脂注入工艺及纤维预成型体的制造技术。初期发展的工艺是树脂转移模塑工艺(RTM),其基本原理是将预成型体放置在设计好的模具中,闭合模具后,通过正压将所需的树脂注入模具,当树脂充分浸润增强体后,加热并保持正压固化,固化完后脱模获得产品。随着不同应用的需求,后期又发展出多种树脂注入的工艺,较为成熟的主要有VARTM(真空辅助吸入树脂的RTM工艺)、VARI(单面模具、真空辅助吸入、真空压力固化)、SCRIMP(加入高渗透率介质促进树脂流动,其他同VARI)及RFI(树脂膜渗透成型)。航空上可用的RTM树脂主要为环氧及双马来酰亚胺类。环氧类具有代表性的是3M公司的PR-500、Hexcel公司的RTM 6、Cytec公司的977-20等;双马类具有代表性的是Shell公司的Compimide。RTM类工艺对树脂的要求是在注入温度下有较低的粘度,有足够长的工作时间,同时为提高复合材料性能还要求树脂有一定的韧性。而按传统的增韧方法,树脂韧性与粘度是两个矛盾的、很难同时满足的因素,所以Cytec公司通过将增韧的热塑性树脂纺丝并编入织物中的方法来解决这个矛盾[6],树脂中因没有增韧材料而降低了粘度;而北京航空材料研究院则通过离位增韧的方法也取得了类似的效果[7]。
在纤维预成型体方面,要求选择适宜的近净预成型体,发展到目前主要有2D织物、3D织物、2D编织物、3D编织物和缝编织物。不同的编织方法对纤维的性能有不同程度的损伤,编织的密实程度影响着树脂的流动,不同的预成型体对最终产品的纤维体积含量有较大的影响。为了减少工艺试验费用,提高制件的合格率,许多研究者还进行了大量的计算机模拟研究,通过在不同温度、压力、结构条件下测试、模拟树脂在纤维编织体中的流动,预测树脂在具体零件中的流动状态,设计出最佳的流道,以得到缺陷最少的制件。
RTM及其他液体成型技术是除热压罐技术外发展最快、最有前途的低成本制造技术,目前在航空上的应用包括口盖、舱门、主梁、雷达罩等。RTM应用最多的例子是F-22飞机。F22上占非蒙皮复合材料结构质量约45%的约360件承载结构是用RTM技术制造的,采用RTM技术使得F-22上复合材料结构制品的公差控制在0.5%以内,废品率控制在5%以内,比原设计节约成本2.5亿美元。图3为用RTM工艺制造Airbus A330系列飞机的扰流板接头的工艺过程。
5 RFI技术
RFI即树脂膜渗透成型技术,其实也是液体成型技术的一种,与其他液体成型工艺的区别是树脂预先制成膜状铺放在纤维预成型体下方,加热时树脂流动是厚度方向的流动,大大缩短了流程,使纤维更容易被树脂浸润。相对于RTM工艺, RFI工艺能制造出纤维含量高(70%)、孔隙率极低(0%~2%)、力学性能优异、制品重现性好、壁厚可随意调节的大型复合材料制件和复杂形状的制件,并可根据性能要求进行结构设计。RFI工艺采用真空袋压成型方法,免去了RTM工艺所需的树脂计量注射设备及双面模具加工无需制备预浸料,挥发物少,成型压力低,生产周期短,劳动强度低,满足环保要求和低成本高性能复合材料的要求[9,10,11]。RFI工艺是除RTM工艺外又一项可在航空上推广应用的低成本制造技术。目前航空RFI工艺中所用的基体树脂主要是环氧树脂和双马来酰亚胺树脂。国外具有代表性的树脂有Cytec公司用在A380上的Cycom977-2, Hexcel公司用在B787上的 M36。
国内也有不少研究者对RFI工艺进行了研究。陈书华等[12]对RFI用模具设计与工艺进行了研究,设计研制了渗透率的测试模具,推导出一维树脂流动的解析表达式。杨梅[13]对RFI工艺中树脂的流动行为和固化过程进行了研究,建立了理论模型和模拟技术。王东等[9]对RFI工艺用树脂展开了研究,得到了一种改性双马来酞亚胺树脂。该树脂体系在室温下成膜性好、低粘度时间长,适宜制造纤维体积含量较高的RFI制件。张国利等[14]测定了不同纤维含量叠层预制体的渗透率,设计了一维树脂膜熔渗的流动模型。
目前RFI工艺已得到工程化应用。Airbus公司在德国汉堡的Stade制造厂为A380研制了短轴为5.5m、长轴为6.2m的椭圆形后压力舱隔板,是到目前为止用RFI工艺制造的最大的航空复合材料构件[14]。下面以其制造工艺过程为例,说明RFI工艺制造大型构件时的具体工艺及最终成型的构件,详见图4(图4中,图片序号对应工艺过程序号)。
(1)将6K与12K高模量碳纤维按0°与90°制成非纺织缝合织物并收卷到2个轴上;
(2)在用S-52型模具钢制造的模具上喷脱模剂,然后在设计好的部位上铺HTA/977-2预浸料用作补强片;
(3)在模具上铺贴单位面积质量为1000g/m2的977-2树脂膜;
(4)在树脂膜上铺贴预成型体织物;
(5)组袋,按照要求的工艺使树脂渗透、浸润纤维并固化(图略);
(6)在固化后要求的部位贴上用HTA/977-2预浸料包裹的PMI泡沫成为加强筋;
(7)进行第二次固化(图略);
(8)进行适当的修边即得到最后的构件。
6 结束语
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