結構簡介
飛行的主要組成部分及功用到目前為止,除了少數特殊形式的飛機外,大多數飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成:
1,機翼——機翼的主要功用是產生升力,以支持飛機在空中飛行,同時也起到一定的穩定和操作作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼,操縱副翼可使飛機滾轉,放下襟翼可使升力增大。機翼上還可安裝發動機、起落架和油箱等。不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同;
2,機身——機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設備,將飛機的其他部件如:機翼、尾翼及發動機等連線成一個整體;
3,尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可動的升降舵組成,有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機俯仰和偏轉,保證飛機能平穩飛行;
4,起落裝置——飛機的起落架大都由減震支柱和機輪組成,作用是起飛、著陸滑跑,地面滑行和停放時支撐飛機;
5,動力裝置——動力裝置主要用來產生拉力和推力,使飛機前進。其次還可為飛機上的其他用電設備提供電源等。現在飛機動力裝置套用較廣泛的有:航空活塞式發動機加螺鏇槳推進器、渦輪噴氣發動機、渦輪螺鏇槳發動機和渦輪風扇發動機。除了發動機本身,動力裝置還包括一系列保證發動機正常工作的系統。飛機上除了這五個主要部分外,根據飛機操作和執行任務的需要,還裝有各種儀表、通訊設備、領航設備、安全設備等其他設備。
製造過程
飛機機體製造要經過工藝準備、工藝裝備的製造、毛坯的製備、零件的加工、裝配和檢測諸過程。飛機製造中採用不同於一般機械製造的協調技術(如模線樣板工作法)和大量的工藝裝備(如各種工夾具、模胎和型架等),以保證所製造的飛機具有準確的外形。工藝準備工作包括製造中的協調方法和協調路線的確定,工藝裝備的設計等。
原材料
飛機機體的主要材料是鋁合金、鈦合金、鎂合金等,多以板材、型材和管材的形式由冶金工廠提供。飛機上還有大量鍛件和鑄件,如機身加強框,機翼翼梁和加強肋多用高強度鋁合金和合金鋼鍛造毛坯,這些大型鍛件要在300~700兆牛(3~7萬噸力)的巨型水壓機上鍛壓成形。零件加工主要有鈑金零件成形、機械加工和非金屬材料加工。金屬零件在加工中和加工後一般還要熱處理和表面處理。裝配中各部件外形要靠型架保證,對接好的全機各部件相對位置,特別是影響飛機氣動特性的參數(如機翼安裝角、後掠角、上反角等)和飛機的對稱性,要通過水平測量來檢測。在各部件上都有一些打上標記的特徵點,在整架飛機對接好後,用水平儀測出它們的相對位置,經過換算即可得到實際參數值。總裝工作還包括發動機、起落架的安裝調整,各系統電纜、導管的敷設,天線和附屬檔案的安裝,各系統的功能試驗等。總裝完成後,飛機即可推出外場試飛。通過試飛調整,當飛機各項技術性能指標達到設計要求時即可交付使用。
焊接工藝
焊接工藝是飛機製造中常用的連線工藝。熔焊用於起落架、發動機架等鋼製件的連線。接觸點焊和滾焊用於不鏽鋼和鋁合金鈑金件的連線。金屬膠接用於製造蜂窩結構。膠接製件表面光滑,疲勞特性好,但對於膠接面的準備、加溫、加壓控制都有嚴格要求。現代飛機製造中還廣泛採用電子束焊、鈦合金擴散連線、膠鉚、膠接、螺接、膠接點焊等多種連線工藝。飛機製造的機械化和自動化程度比較低,特別是飛機部件裝配和總裝工作,手工勞動是主要工作方式。加之飛機製造中要使用大量的成形模胎、模具、裝配型架和供協調用的標準工藝裝備(樣板、標準樣件等),使得生產準備工作十分繁重,飛機生產的周期比較長。套用計算機輔助設計和製造技術可以提高飛機生產的自動化程度,大量壓縮生產準備工作量和縮短飛機生產的周期。
零件加工
飛機生產的批量小,生產中還要經常修改,所以飛機鈑金零件(蒙皮、翼肋、框等)的製造力求用簡單的模具。廣泛套用橡皮成形、蒙皮拉形、拉彎等鈑金成形技術,儘量採用塑膠製造成形模具。隨著現代飛機尺寸增大,蒙皮厚度增加,以及成形性能較差的鈦合金、鈹合金、不鏽鋼板材的套用,對鈑金成形技術提出更高的要求。不斷使用各種大尺寸、大功率的型材拉彎機、蒙皮拉型機、強力鏇壓機和壓力超過100兆帕(約1000公斤力/厘米^2)的橡皮成形壓床。同時一些新的加工方法,如超塑性成形、加熱成形、真空蠕變成形、半模或無模成形技術也不斷湧現。現代飛機上廣泛套用的大型整體結構件,如機翼整體壁板、翼梁、加強框等,它們形狀複雜、切削加工量大、自身剛度差,需要在工作檯面很大(有的長達數十米)的、帶有多個高速銑削頭的現代數控銑床上加工。整體壁板的加工還需帶真空吸盤的大面積工作檯(見整體壁板製造)。加工立體形狀複雜的大型框架,如座艙風擋骨架、艙門、窗框等,還需要採用多坐標聯動的數控銑床或立體靠模銑床(見數控加工)。此外,為加工切削性能不好的材料和形狀複雜的零件,還廣泛採用電加工、化學銑切等特種加工工藝。
複合材料在飛機結構上的套用日益增多,現已成功地用於製造艙門、舵面、垂直尾翼和直升機的鏇翼。複合材料構件由高強度纖維與樹脂複合,在模具中加溫、加壓製成。所用設備是自動鋪帶機、預浸帶和預浸布成形機等。複合材料構件製造的關鍵問題是要控制構件的變形,要求細緻研究鋪層工藝、模壓技術,並在加工中精確地控制溫度和壓力變化。
機體裝配
飛機的裝配是按構造特點分段進行的,首先將零件在型架中裝配成翼梁、框、肋和壁板等構件,再將構件組合成部段(如機翼中段、前緣,機身前段、中段和尾段等)。最後完成一架飛機的對接。飛機製造中裝配工作量占直接製造(即不包括生產準備、工藝裝備製造)工作量的50%~70%,現代飛機的零件連線方法以鉚釘連線為主,在重要接頭處還套用螺栓連線。這種連線方法簡便可靠,但是鑽孔、鉚接多是手工操作,工作量很大。套用自動壓鉚機可以提高鉚接生產率,改進鉚接質量,同時也可改善裝配工人的勞動條件。為了增加使用成組壓鉚的比例,要在構造上將飛機各部件分解成許多壁板件。
裝配中各部件外形要靠型架保證,對接好的全機各部件相對位置,特別是影響飛機氣動特性的參數(如機翼安裝角、後掠角、上反角等)和飛機的對稱性,要通過水平測量來檢測。在各部件上都有一些打上標記的特徵點,在整架飛機對接好後,用水平儀測出它們的相對位置,經過換算即可得到實際參數值。總裝工作還包括發動機、起落架的安裝調整,各系統電纜、導管的敷設,天線和附屬檔案的安裝,各系統的功能試驗等。總裝完成後,飛機即可推出外場試飛。通過試飛調整,當飛機各項技術性能指標達到設計要求時即可交付使用。
行業現狀
歷經半個世紀的發展,我國飛機製造科研能力儘管與世界先進水平還存在一定的差距,特別是飛機製造的關鍵技術有待突破,設計人才有斷層,風險較大,資金短缺等嚴重等制約了行業的進一步發展和品質的提高。但通過基礎研究、套用研究和產品研發,已全面拉動飛機製造科技的發展。
因此,我國飛機製造及修理企業必須抓住新的發展形勢,加大科技創新,開展技術前瞻研究,與國外企業建立優良的合作體系,完善配套措施,提高整體效益和競爭力,只有這樣才能在新形勢下立於不敗之地。
我國十一五期間將適時啟動大型飛機研製項目。一方面是國家對民機發展的支持,另一方面是國家對軍機研發新型號的要求,我國航空工業面臨重大的發展機遇,處於歷史轉折點。
2007年滬深兩市共有5家飛機製造與維修類上市公司。主要從事的是輕型、小型飛機和教練機、直升機的製造。航空零部件企業更是主要以承接轉包業務為主。自主發展大型、高附加值飛機以及諸如航空發動機等關鍵零部件的能力還極其薄弱,但隨著中國航天航空業的發展,飛機製造業未來走勢看好。
據了解,C919大型客機和ARJ21新支線飛機項目承擔主體——中國商用飛機有限責任公司正在加緊項目攻關,力爭實現C919早日首飛,ARJ21在2014年取證交付。
規劃明確提出,要按照“支線飛機—單通道幹線飛機—雙通道大型幹線飛機”的發展路線,加快民用客機產業化進程。計畫到2020年,國產幹線飛機國內新增市場占有率達到5%以上,支線飛機國內市場占有率大幅度提高。其中,C919大型客機完成研製、生產和交付,ARJ21渦扇支線飛機實現產業化。
中國產業洞察網《2013-2017年中國飛機製造產業市場專題調研及投資方向分析報告》指出儘管國產飛機製造項目已取得一定進展,但國產飛機製造面臨的競爭日益激烈。“幹線飛機的競爭對手是波音、空客,支線飛機的競爭對手主要是龐巴迪、巴西航空工業,此外,俄羅斯、日本也是潛在的競爭對手。”他稱,國產飛機項目要力爭實現“研製成功、市場成功和商業成功”三大目標,立足國內市場,並逐步走向國際市場。