中航复合材料有限责任公司，周晓芹 段友社
2 丝束铺放设备
丝束铺放技术与自动铺带技术同样具有高效、低成本的特点，是专为曲率较大的双曲面构件的铺叠而开发的技术。典型的丝束铺放技术是通过多坐标联动的铺放头将不同数量的预浸丝束（可适应3.2~25.4mm宽的预浸丝束）在压辊下集束成带，通过传送、加热、压实等功能，按照程序设定的路径铺叠在模具上。与自动铺带技术相比，丝束铺放技术的优点主要在于：每一条丝束独立控制，可以根据构件形状增减丝束根数以适应边界，并且可以适当控制纤维方向，对局部加厚、加筋、铺层递减、开口补强等复杂结构具有更强的适应性，因此该技术广泛应用于机身、进气道、翼身融合体、机翼大梁等大曲率复杂复材构件的制造，例如V-22倾转旋翼飞机的整体后机身， F-18上机身蒙皮和进气口蒙皮，A380的后机身蒙皮，波音787的机身段，以及A350 XWB机翼前/后梁和机身段等都是采用丝束铺放技术制造的。
为适应航空飞机制造业这种实际发展需求，国外一些大型数控机床制造商，如M-Torres、MAG Cincinnati、Ingersoll和Forest-line等公司借助其在大型数控机床结构设计技术方面的优势，纷纷推出高铺放进给率的新一代大型高端丝束铺放机，其结构尺寸越来越趋向大型化。
西班牙M-Torres公司新推出的大型丝束铺放机床TORRESFIBERLAYUP，用于A350 XWB机翼前/后梁和15段机身复材整体构件制造。
美国MAG Cincinnati公司生产了多种VIPER系列的丝束铺放机，机型已从Viper1200、Viper3000升级到Viper6000，特别适合于高轮廓的结构如整流罩、机身部分、风机叶片、桅杆和“C”型梁等。波音787机身47段和48段，A350 XWB机身蒙皮等都采用了VIPER 6000丝束铺放机。图2为MAG公司“Viper”系列丝束铺放机。
Ingersoll公司改变传统丝束铺放机床结构设计，推出了一种新概念的丝束铺放机床，取消了传统丝束铺放机旋转芯轴驱动芯模转动的设计，这种结构可明显减少传统丝束铺放机尺寸，增强窄腔复材构件的铺放加工能力，并能显著减少设备车间占地面积。Googrich公司准备应用这种新概念机床来进行GEnx和波音787的Trent 1000发动机短舱复材内涵道支撑结构件的自动化生产。
法国科里奥利开发的纤维铺放技术依赖于标准的polyarticulated机器人的多关节机械手和一个复杂的创新纤维铺放系统（图3）。工业机器人的柔性特点为丝束铺放设备同时适应复杂构件生产环境和研发环境铺放制造应用提供了有力支撑。
法国Forest-line公司2007年推出的大型丝束铺放机床FP ATLAS，主要用于大型飞机机身段复材构件和类似零件铺放制造。为兼顾高铺放生产率与制造构件复杂度，法国Forest-line公司在其所属的Capdenac工厂，配置了一台新研制的具有双铺放头的铺放机床，将铺带头和丝束铺放头集成在同一台机床上，形成一种自动铺带-丝束铺放混合铺放机床，这种混合铺放机床特别适用于复材构件研究开发、试制、试验和技术培训应用，同时也可用于实际复材构件铺放制造。
由于复合材料构件品种多、结构复杂，其加工既需要通用自动化设备，也需要根据构件的形状和批量化要求进行定制专用设备。
目前，国内在工程化应用的丝束铺放装备方面还属于空白，严重阻碍了航空自动化制造技术的发展。
热压罐设备
预浸料-热压罐固化成型工艺是利用热压罐设备，通过升温、真空以及压力等工艺措施，使复合材料毛胚密实、固化形成复合材料制件的一种工艺方法。随着复材构件尺寸的不断增加，对热压罐尺寸和温度场均匀性的要求越来越高。国外已开发出超大尺寸的热压罐和先进的热压罐空气循环系统，可有效降低大尺寸复合材料构件成型过程中的温度差，降低单位重量复合材料构件的能耗，且有利于保证复合材料构件的成型质量。
Ashida Mfg. Co. Ltd和Hiroshima Ryoju Engineering Co. Ltd设计研发出全球最大的先进空气循环系统热压罐，该热压罐直径约8m，长约40m，重约700t，可直接将约30m长的复材构件置入热压罐加压加热。三菱重工用这套热压罐系统为波音787生产复合材料机翼，满足了波音787的增产需求。
无损检测设备
随着复合材料在航空结构件上应用比例的不断提高，为保障飞行安全，监控复合材料结构内部质量受到越来越广泛的关注。目前，航空复合材料无损检测方法主要有超声检测、射线检测等。大飞机复合材料检测涉及到大面积的快速检测和复杂结构的检测，因此需要配置大型C扫描设备（图4）和X光无损检测设备。
此外，美国德克萨斯州的iPhoton公司研发了一种全新的非接触式、非破坏性的激光超声系统，在飞机复合材料结构件中检测近表面缺陷。相比传统超声探伤，对于形状稍复杂的零件，激光超声探伤系统则突显优势。
结束语
复合材料作为现代先进飞机主结构用材已是明显的发展趋势，复材整体构件已成为现代先进飞机的最主要特征。因此，采用数字化、自动化生产工艺和装备，是促进复合材料产品降低成本，并使其得到更广泛应用的必由之路。
但国内的现状是上述复材构件制造中所需要的数字化、自动化装备绝大部分依赖进口，尤其是用于大尺寸整体构件制造的自动铺带和丝束铺放设备。因此，国内有实力的大型数控机床制造企业应关注复合材料自动铺放技术的发展和应用，抓住难得历史性发展时机，投入必要的人力和物力尽快研发国产大型自动铺带机和丝束铺放机床，以满足国内航空飞机制造业的实际迫切需要。
