4 網(wǎng)格纏繞技術(shù)

復合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)又稱為先進格柵增強結(jié)構(gòu)(AGS)，與已有的鋁合金格柵結(jié)構(gòu)相比，提高了結(jié)構(gòu)的比強度和比模量，大幅度提高了結(jié)構(gòu)效率，增加了有效載荷，同時增強了結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力，而且可以利用自動化制造方法降低成本，最為突出的是增加了結(jié)構(gòu)設計、制造的靈活性，已成為制造復合材料高性能結(jié)構(gòu)件的新途徑和新方法。

先進格柵增強結(jié)構(gòu)由于其突出的綜合性能優(yōu)勢而受到普遍重視,NASA Langley 研究中心的研究人員把先進格柵增強結(jié)構(gòu)技術(shù)列入未來航天結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的六大方向之一的低成本結(jié)構(gòu)技術(shù)之內(nèi)；美國空間實驗室把AGS技術(shù)列為迎接未來空間系統(tǒng)技術(shù)挑戰(zhàn)的四大結(jié)構(gòu)技術(shù)之一, 并且指出了這項技術(shù)未來在航天器燃料儲箱、機身等大型復雜部件應用的廣闊前景[10]。俄羅斯CRISMB 提出的應用對象包括級間段、內(nèi)壓容器、有效載荷適配器、運載飛船整流罩、飛機中機身艙段、翼盒、直升機垂尾梁、空間望遠鏡鏡身以及建筑結(jié)構(gòu)等[11]。

目前，復合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)一般采用手工鋪放成型工藝和濕法纏繞工藝。手工鋪放工藝需要加壓釜進行固化，故其產(chǎn)品空隙含量低，纖維體積含量易于控制，但生產(chǎn)成本較高，成型過程中纖維張力不宜控制；濕法纏繞工藝成型過程中樹脂含量不易控制，制件纖維體積含量低，成型過程中廢料率高，但成本低，尤其是纖維張力易控制。航天材料及工藝研究所基于復合材料網(wǎng)格纏繞成型系統(tǒng)，開展了回轉(zhuǎn)體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)干法預浸絲自動纏繞技術(shù)研究。根據(jù)柱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的特點，解決了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)小角度纏繞成型的問題；根據(jù)纏繞成型試驗的實際工況，對纏繞機張力系統(tǒng)及張力控制制度進行了技術(shù)改造和工藝優(yōu)化；初步實現(xiàn)了柱形艙段矩形和三角形網(wǎng)格的自動化纏繞成型，并對成型構(gòu)件的軸壓性能、筋條拉壓性能、網(wǎng)格筋條與蒙皮界面剪切性能、網(wǎng)格單元壓縮性能等進行了評價研究。

5 自動鋪絲技術(shù)

自動鋪絲技術(shù)（纖維鋪放技術(shù)或自動絲束鋪放成型技術(shù)）是在纖維纏繞技術(shù)和自動鋪帶技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的一種獨特的復合材料全自動化成型技術(shù)。它融合了纖維纏繞成型中的預浸紗（窄帶）輸運技術(shù)和自動鋪帶成型中的壓力鋪放、切斷和重定位技術(shù)，使其具有更高的優(yōu)越性和適應性。自動鋪絲技術(shù)克服了纏繞技術(shù)“周期性、穩(wěn)定性和不架橋”和自動鋪帶“自然路徑”的限制，可以實現(xiàn)連續(xù)變角度鋪放和變帶寬鋪放[12-13]。因此，自動鋪絲技術(shù)可用于復雜型面復合材料構(gòu)件的鋪放成型，并可以對鋪層進行裁剪以滿足局部加厚/ 混雜、鋪層遞減及開口鋪層等多方面的需要，其典型應用構(gòu)件有整流罩、燃料儲箱、進氣道、機身等[14-18]。

目前，國內(nèi)自動鋪絲技術(shù)用材料體系、工藝應用研究薄弱，尚未實現(xiàn)工程應用。航天材料及工藝研究所、南京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、西安交通大學、航空制造工程研究所等單位已在此領域開展了相關(guān)研究，并對鋪絲成型工藝進行了試驗研究[13,19-20]。

航天材料及工藝研究所以典型曲面結(jié)構(gòu)復合材料構(gòu)件自動鋪絲成型為應用對象，開展了熱熔法預浸絲直接浸漬制備技術(shù)研究和熱熔法預浸絲分切制備技術(shù)研究，突破了自動鋪絲用預浸絲分切技術(shù)；聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)單位開展大型臥式自動鋪絲機研制及配套軟件開發(fā)，已完成了鋪絲機及關(guān)鍵部件鋪絲頭的設計工作。

結(jié)束語

新型航空航天器的先進性標志之一是結(jié)構(gòu)的先進性, 而先進復合材料是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進性的重要物質(zhì)基礎和先導技術(shù)。我國大型復合材料制造技術(shù)現(xiàn)狀嚴重制約了航天型號的順利研制，急需突破復合材料自動成型技術(shù)中的材料、裝備、工藝等方面的重大、關(guān)鍵、共性技術(shù)，提升我國復合材料設計制造水平。航天材料及工藝研究所以復合材料自動化成型技術(shù)的工程應用為目標，堅持自主創(chuàng)新，在復合材料自動化成型領域取得了階段研究成果，部分研究成果已在型號生產(chǎn)中工程應用，初步形成了涵蓋自動下料與激光鋪層定位、自動鋪帶、纖維纏繞、網(wǎng)格纏繞和自動鋪絲等多種復合材料成型技術(shù)研究體系。

要以我國航天技術(shù)發(fā)展需求為牽引，以提高自身制造水平、工藝水平為目的，積極發(fā)展復合材料自動化和數(shù)字化制造技術(shù)，形成集設計技術(shù)、材料技術(shù)、成形工藝、性能表征和質(zhì)量控制技術(shù)一體化的復合材料技術(shù)體系，進一步提高大型復合材料構(gòu)件制造效率和質(zhì)量，推動超大型復合材料結(jié)構(gòu)在航天領域的應用推廣，為航天型號的研制提供有力的技術(shù)支撐，提高國產(chǎn)高性能材料技術(shù)自主保障能力。