Ekologiška formų konstrukcija-Adaptyvūs anglies pluošto paruoštukai, skirti aviacijos ir kosmoso naujoms medžiagoms

Atnaujinant aviacijos ir kosmoso įrangą, siekiant gilaus kosmoso tyrinėjimo ir hipergarsinio skrydžio, pagrindiniai reikalavimai tapo lengvas, didelis patikimumas ir prisitaikymas prie ekstremalios aplinkos. Anglies pluošto prepregai, kaip pagrindinė aviacijos ir erdvėlaivių konstrukcinių komponentų pagrindinė medžiaga, jų eksploataciniai laimėjimai ir pritaikymo suderinamumas tiesiogiai lemia aviacijos ir kosmoso įrangos technologines lubas. Šiuo metu Kinijos aviacijos ir kosmoso naujų medžiagų srityje įvyko esminis proveržis, kurio pagrindinė orientacija yra suderinamumas su pelėsiais, skatinamas anglies pluošto prepregų transformavimas iš „vieno produkto tiekimo“ į „visos-grandinės ekosistemos kūrimą“, sprendžiant ilgalaikes problemas, tokias kaip nesuderinamumas tarp pirmaujančių medžiagų ir gamybos efektyvumo, mažo gamybos, formavimo, formavimo, formavimo. suteikdami pagrindinį postūmį prijaukinti ir{4}}kurti aviacijos ir kosmoso įrangą.

I. Technologiniai laimėjimai aviacijos ir erdvėlaivių anglies pluošto prepreguose: formų suderinamumas – pagrindinis dėmesys

Anglies pluošto prepregai yra pagrindiniai tarpiniai anglies pluoštu sustiprintų kompozitų nešikliai. Dėl tikslaus anglies pluošto sutvirtinimo ir dervos matricos derinio jie giliai sujungia didelio specifinio stiprumo ir lengvumo anglies pluošto charakteristikas su dervų formavimu ir funkcionalumu, o tai yra pagrindinės aviacijos ir erdvėlaivių įrangos pagrindinių apkrovą laikančių konstrukcinių komponentų (tokių kaip fiuzeliažo apvalkalai, pagrindinės sparnų sijos, raketų variklių laikikliai ir kt.) medžiaga. Anksčiau, nors Kinija buvo pasiekusi didelio masto anglies pluošto prepregų, skirtų aviacijos ir kosmoso reikmėms, gamybą, buvo didelių formų suderinamumo trūkumų. Įvairių tipų aviacijos ir kosmoso įrangos formų matmenys, išlinkimai ir formavimo procesai labai skiriasi. Tradiciniai prepregai dažniausiai buvo gaminami standartizuotu būdu, todėl kilo problemų, tokių kaip netolygus pluošto impregnavimas, nepakankamas sukibimas su formomis ir per dideli matmenų nuokrypiai po sukietėjimo. Šios problemos paveikė ne tik aviacijos ir erdvėlaivių konstrukcinių komponentų tikslumą ir patikimumą, bet ir sumažino gamybos efektyvumą bei didelį atliekų kiekį.

Pastaraisiais metais, didėjant tikslumo ir integracijos aviacijos ir kosmoso įrangos poreikiui, anglies pluošto prepreg technologijos proveržis buvo sutelktas į pagrindinį „pelėsio suderinamumo“ klausimą, įgyvendinant tris pagrindinius atnaujinimus ir pašalinant technines kliūtis:

Pirmasis yra pritaikytų dervų sistemų proveržis. Skirtingų formų liejimo temperatūros ir slėgio parametrams mes sukūrėme suderinamas dervos kompozicijas, pvz., poliimido dervos prepregus, tinkamus aukštos -temperatūroms formoms, ir didelio-tvirtumo epoksidinės dervos prepregus, tinkamus sudėtingoms lenkto paviršiaus formoms. Pritaikius tokias technologijas kaip nano-SiO₂ modifikacija, sukietėjusių prepregų stiklėjimo temperatūra padidinta iki daugiau nei 180 laipsnių, lenkimo modulis pasiekė 140 GPa, o stiprumo išlaikymo koeficientas plačiame temperatūrų diapazone viršija 90%, puikiai atitinkančius ekstremalius aviacijos ir erdvėlaivių liejimo formų reikalavimus.

Antra, išmanusis paruošimo proceso atnaujinimas, pakeičiant tradicinį pastovios -temperatūros procesą gradiento temperatūros valdymo procesu, suprojektuojant tikslią temperatūros kontrolę etapais, preprego dervos kristališkumo nuokrypis kontroliuojamas ± 2 %, pluošto pluošto impregnavimo greitis padidinamas nuo 85 % iki 98 %, o dėl tokių problemų padidėja MP5 iki 98 %. prastas preprego sukibimas ir vidinio įtempio koncentracija sudėtingos formos formavimosi metu.

Trečia, patobulinta galimybė pritaikyti dydį ir formą. Įvairių pločių, storių ir pluošto išdėstymo krypčių iš anksto impregnuotas medžiagas galima pritaikyti atsižvelgiant į konkrečius formos matmenis ir paviršiaus sudėtingumą, atitinkančius visus reikalavimus nuo mikro-tiksliųjų komponentų formų iki didelių raketų korpuso konstrukcijų. Pavyzdžiui, raketų variklio trumposios kameros formai pritaikytos PEEK-pagrįstos iš anksto impregnuotos medžiagos, kurių temperatūros diapazonas išplečiamas iki -270 laipsnių iki 1800 laipsnių, atitinkančius ekstremalių temperatūrų diapazono formavimo reikalavimus.

Tuo pat metu Kinija nuolat žengė į priekį, keisdama aukštos klasės{0}}iš anksto{1}}įmirkytas medžiagas. Įmonių, tokių kaip Zhongfu Shenyi ir Guangwei Composites, aviacijos ir kosmoso -klasės iš anksto impregnuotos medžiagos praėjo atitinkamus patikrinimus ir palaipsniui taikomos vietiniams keleiviniams orlaiviams ir kosmoso įrangai, palauždamos tarptautinį monopolį ir padėdami produkto pagrindą formuoti -pritaikomai ekosistemai. Žvelgiant iš pramonės duomenų, T800 ir aukštesnės klasės impregnuotų medžiagų savarankiškumo rodiklis Kinijoje padidėjo iki 52 %, o pagrindinių iš anksto impregnuotų medžiagų prisitaikymo rodiklis aviacijos ir kosmoso srityje padidėjo nuo 65 % iki 92 %, o konstrukcinių komponentų gamybos sąnaudos sumažėjo iki 92 %.

II. Pagrindinė formos architektūra-Adaptyvusis anglies pluošto iš anksto-įmirkytos medžiagos ekosistema: visa-grandinės sinergija ir susiejimas

Formos -prisitaikančios anglies pluoštu iš anksto impregnuotos medžiagos ekosistemos kūrimas yra ne tik vieno gaminio atnaujinimas, bet ir visa-grandinė bendradarbiavimo sistema, orientuota į „pelėsių reikalavimus“, integruojanti medžiagų tyrimus ir plėtrą, formų gamybą, gamybos apdorojimą, bandymus ir sertifikavimą bei perdirbimą. Jame pasiekiamas uždaras „paklausos - mokslinių tyrimų ir plėtros - gamybos - taikomosios programos - iteracijos ciklas“, kurio pagrindinė architektūra apima keturias pagrindines grandis ir sudaro viena kitą palaikančią ir suderintą plėtros ekosistemą.

(1) Paklausos pusė: tikslus formų ir aviacinės įrangos reikalavimų atitikimas

Ekosistemos kūrimo atskaitos taškas yra faktinis aviacijos ir kosmoso įrangos poreikis. Sukūrus bendradarbiavimo tarp aviacijos ir kosmoso įrangos projektavimo, formų gamybos ir impregnuotų medžiagų tyrimų bei plėtros mechanizmą, iš anksto tiksliai suderinami formos parametrai, formavimo procesai ir našumo reikalavimai, o iš anksto{2}}įmirkytoms medžiagoms taikomi atitikimo standartai. Pavyzdžiui, palydovinio radaro dangtelio formai pritaikytos cianato esterio derva iš anksto impregnuotos medžiagos, o pluošto išdėstymo metodas optimizuotas, kad būtų užtikrintas tikslus iš anksto impregnuotos medžiagos atitikimas formavimo procesui. Greitaeigių skrydžio transporto priemonių dangos formavimui yra sukurtos poliimido derva impregnuotos medžiagos, kurios atitiktų formos kietėjimo aukštoje temperatūroje parametrus, kad būtų sinchroniškai suderintos iš anksto impregnuotos medžiagos savybės ir formos formavimo reikalavimai. Tuo pačiu metu, remiantis pasikartojančiais aviacijos ir kosmoso įrangos poreikiais, skatinamas bendras formų ir iš anksto{12}}impregnuotų medžiagų atnaujinimas, sudarant ryšį tarp „įrangos poreikio → formų optimizavimo → iš anksto{13}}įmirkytų medžiagų iteracijos“.

(2) Mokslinių tyrimų ir plėtros pusė: bendradarbiavimo medžiagų ir formų pritaikymo technologijos naujovės

Mokslinių tyrimų ir plėtros srityje pagrindinis dėmesys skiriamas „medžiagų{0}}pelėsių pritaikymui“, integruotos tyrimų ir plėtros platformos sukūrimui, anglies pluošto žaliavų, dervos sistemų ir formų dizaino techninių išteklių integravimui ir pagrindinių pagrindinių technologijų įgyvendinimui.

Viena vertus, nuolat optimizuokite prepreg gamybos procesą, skatinkite impregnavimo proceso intelektą, pritaikykite lazerinio internetinio stebėjimo technologiją ir pagerinkite pluošto tūrio dalies valdymo tikslumą iki ± 0,5%. Sukurkite didelio-tikslumo įrangą, pvz., elektromagnetinius indukcinius kaitinimo volelius, optimizuokite temperatūros lauko pasiskirstymą, sumažinkite našumo svyravimus, atsirandančius dėl žmogaus įsikišimo, ir užtikrinkite preprego ir formos nuoseklumą.

Kita vertus, bendradarbiaujant su formų gamybos įmonėmis, atliekami formų ir prepregų suderinamumo testai. Atsižvelgiant į tokius parametrus kaip formos paviršiaus sudėtingumas ir formavimo slėgis, koreguojamas pluošto tankis ir dervos kiekis prepreguose, siekiant išspręsti tokias problemas kaip blogas sukibimas ir kietėjimo deformacija, atsirandanti adaptacijos proceso metu. Be to, MTTP srityje dėmesys skiriamas aplinkos apsaugai ir energijos suvartojimo reikalavimams, kuriant bio- dervos prepregus, kurie sumažina LOJ emisiją 90 % ir anglies pėdsaką 73,2 %, atitinkantį ekologiškos pramonės plėtros tendenciją.

(3) Gamybos pabaiga: lanksti gamyba, atitinkanti įvairius pelėsių reikalavimus

Atsiribojant nuo tradicinio standartizuoto gamybos modelio, sukurta lanksti gamybos sistema, leidžianti tiksliai suderinti prepreg gamybos ir formų reikalavimus. Įdiegus automatizuotas gamybos linijas ir išmaniąsias valdymo sistemas, galima lanksčiai reguliuoti prepregų plotį, storį ir pluošto išdėstymo kryptį. Gali būti greitai perjungiami skirtingi prepregų gamybos parametrai, atitinkantys įvairias formas, kad būtų patenkinti įvairių formų poreikiai – nuo ​​mažų tikslių komponentų iki didelių raketų korpuso konstrukcijų. Pavyzdžiui, smulkių palydovinių komponentų tikslioms formoms taikoma trumpo -pjovimo prepreg formavimo technologija, perorientuojant 5-50 mm trumpai supjaustytus{10}} anglies pluoštus, sutrumpinant formavimo laiką nuo 40 minučių iki 10 minučių, o matmenų nuokrypis yra mažesnis arba lygus ±0,1 mm. Didelėms raketų korpuso formoms naudojama automatinio pluošto išdėstymo (AFP) technologija, kad būtų sudarytas 12 m ilgio segmentų vienas gabalas, sumažinant suvirinimo siūles 80 %, o svorį – 30 %. Tuo pačiu metu gamybos procesas yra optimizuotas, kad būtų pasiekta sklandi prepreg gamybos ir pelėsių formavimo integracija, sutrumpinamas gamybos ciklas ir padidinamas gamybos efektyvumas. Kai kurios įmonės jau pasiekė metinį daugiau nei 2000 tonų gamybos pajėgumą vienoje linijoje ir artėja prie tarptautinio lyderio lygio.

(4) Palaikymo pabaiga: uždaro{1}}ciklo tikrinimo, sertifikavimo ir perdirbimo palaikymas

Sukurta visapusiška tikrinimo ir sertifikavimo sistema su specializuotais tikrinimo standartais, suformuluotais pagal formoms pritaikytų prepregų našumo rodiklius ir suderinamumo tikslumą, apimančius pagrindinius rodiklius, tokius kaip pluošto kiekis, dervos kiekis, atsparumas tempimui, sąsajos šlyties stiprumas ir matmenų nuokrypis, užtikrinantis suderinamumo tarp paruošiamųjų įrenginių ir aviacijos ir erdvėlaivių įrangos suderinamumo patikimumą. Pavyzdžiui, naudojant infraraudonųjų spindulių temperatūros grįžtamojo ryšio sistemas ir beveik -infraraudonųjų spindulių spektroskopijos aptikimą, prepregų paruošimo procesas ir suderinamumo poveikis yra stebimi realiuoju laiku, siekiant užtikrinti stabilią produkto kokybę. Tuo pačiu metu sukurta prepregų perdirbimo sistema. Termoplastinių prepregų mechaniniai smulkinimo ir regeneravimo procesai yra patobulinti, išlaikant daugiau nei 85 % perdirbtų medžiagų, todėl sumažėja išteklių švaistymas ir gamybos sąnaudos bei skatinamas tvarus ekologinis vystymasis.

III. Ekosistemos vertė ir ateities raidos tendencijos

Sukūrus formoms-pritaikytas anglies pluošto preprego ekosistemą, ne tik išsprendžiamos pagrindinės problemos, kylančios taikant prepregus Kinijos aviacijos ir kosmoso pramonėje, bet ir turi didelę strateginę vertę plėtojant aviacijos ir naujų medžiagų pramonę. Aviacijos ir kosmoso pramonės požiūriu, ekosistemos tobulinimas žymiai padidino aviacijos ir erdvėlaivių konstrukcinių komponentų tikslumą, patikimumą ir lengvumą, sumažino gamybos ciklus ir sąnaudas bei suteikė pagrindinę materialinę paramą kuriant aukščiausios klasės aviacijos ir kosmoso įrangą, pvz., giluminio kosmoso tyrinėjimus ir hipergarsinius skrydžius, taip toliau skatinant Kinijos kosminės erdvės įrangos prijaukinimą. Naujų medžiagų pramonės požiūriu, skatinamas aviacijos ir kosmoso poreikių, skatinamas kartotinis anglies pluošto prepreg technologijos atnaujinimas, skatinantis koordinuotą susijusių pramonės šakų, tokių kaip anglies pluošto žaliavos, dervos sistemos ir formų gamyba, plėtrą ir tobulinant Kinijos naujų medžiagų pramonės pramonės grandinę, didinant pagrindinį pramonės konkurencingumą.

Ateityje, nuolat atnaujinant aviacijos ir kosmoso įrangą ir nuolat plėtojant naujų medžiagų pramonę, formoms{0}}pritaikyta anglies pluošto prepreg ekosistema bus tobulinama siekiant didesnio tikslumo, intelektualumo ir ekologiškumo.

Pirma, tvirtinimo tikslumas buvo nuolat tobulinamas. Remiantis tokiomis technologijomis kaip dirbtinis intelektas ir dideli duomenys, pavyko išmaniai suderinti iš anksto impregnuotų medžiagų paruošimą- ir formavimą, taip dar labiau sumažinant matmenų nuokrypius ir padidinant aerokosminių konstrukcinių komponentų tikslumą.

Antra, technologinės integracijos gilinimas skatins nuodugniai integruoti anglies pluoštu impregnuotas medžiagas su 3D spausdinimo formomis ir išmaniąja formavimo įranga, taip pasiekus integruotą pažangą nuo „formos dizaino - iš anksto impregnuotų medžiagų gamybos - struktūrinių komponentų formavimo“.

Trečia, išplėskite taikymo scenarijus. Išplėskite formų pritaikymo technologiją nuo aviacijos ir kosmoso srities iki aukščiausios klasės -gamybos sričių, pvz., automobilių, vėjo energijos ir nepilotuojamų orlaivių, skatinkite plataus masto anglies pluošto prepreg pramonės plėtrą ir tuo pačiu metu ištirkite paklausos potencialą naujose srityse, tokiose kaip vandenilio energijos kaupimas ir 3C elektronika, siekiant išplėsti ekologiją.

Ketvirta, pagrindinių technologijų proveržis, sutelkiant dėmesį į vietinį T800 ir aukštesnės klasės prepregų pakeitimą, pagrindinių patentų išdėstymo pajėgumų didinimą, tarptautinių technologinių kliūčių įveikimą ir Kinijos skatinimą tapti pasauline anglies pluošto prepreg pramonės lydere.

Aviacijos ir kosmoso naujų medžiagų proveržis yra ne tik technologijų šuolis, bet ir pramonės ekosistemos rekonstrukcija. Anglies pluošto preprego ekosistema, orientuota į pelėsių pritaikymą, leis bendradarbiauti medžiagų, formų ir įrangos įgalinimui, skatinant aukštos kokybės -aviacijos ir kosmoso pramonės plėtrą. Kartu tai bus tinkamas ekologinis modelis Kinijos naujų medžiagų pramonei atnaujinti ir padėti Kinijai užimti palankesnes pozicijas pasaulinėje aukščiausios klasės -gamybos srityje.