复合材料自动铺带技术应用及方案示例

复合材料自动铺带技术现状与研究进展

第27卷第4期2011年8月机械设计与研究 Machine Design and Research Vol．27No．4Aug．，2011 收稿日期：2011－03－11 基金项目：国家自然科学基金资助优秀创新研究群体项目（50821003） 文章编号：1006- 2343（2011）04-060-06复合材料自动铺带技术现状与研究进展 姚俊1，孙达2，姚振强3，张普3，张满朝3，史瑞航 3 （1．上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海200023， E-mail ：zhe@sjtu．edu．cn ；2．上海重型机床厂有限公司上海200245； 3．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240） 摘要：复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料，复合材料低成本制造技术是目前国际复合材 料技术领域的核心问题之一， 自动铺带技术作为复合材料成型自动化的典型代表，已成为飞机复合材料翼面壁板技术的标准，大飞机项目已经立项，自动铺带技术必将成为我国提高飞机复合材料用量的一项关键技术。本 文对自动铺带装备的基本构成、 铺放工艺原理与自动铺放技术的发展历程、工业应用现状、发展趋势进行了较全面的介绍与讨论， 最后展望了自动铺带技术在我国的发展前景。关键词：复合材料；自动铺带；铺带头中图分类号：TP273文献标识码：A Current Situation and Research Progress of Automated Tape-Laying Technology for Composites YAO Jun 1，SUN Da 2，YAO Zhen-qiang 3，ZHANG Pu 3，ZHANG Man-chao 3，SHI Rui-hang 3 （1．Shanghai Electric Group Co．，Ltd．，Central Academe ，Shanghai 200023，China ；2．Shanghai Heavy Duty Machine Tool Works Co．，Ltd．，Shanghai 200245，China ； 3．The State Key Lab of Mechanical System and Vibration ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China ） Abstract ：Composites have become the main structure materials of the new generation of aircraft ，low-cost composites manufacturing technology is one of the core issues in the field of international composites technology ，as one typical representative of composites molding automation technologies ，automated tape-laying （ATL ）technology has become a technical standard for composite wing panel．The large aircraft project has been approved ，and automated tape-laying technology will be a key technology to improve the application in aircraft composites．In this paper ，basic composition ，laying process principle ，industrial application ，development course and trend of ATL is fully introduced and discussed．Finally the development outlook of ATL technology in China is prospected． Key words ：composites ；automated tape-laying ；tape laying head 先进树脂基复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性和工艺性好等特点，尤其适用于大型结构及整体结构，是理想的航空结构材料，其在飞机上的用量日益增多，应用范围也从次承力结构（舱门、整流罩、安定面等）扩展到主承力结构（机翼、机身等），国外四代机的复合材料用量占结构重量的24% 40%， A380超过20%，B787达50%，目前，复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料 ［1－5］ 。复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料技术领域的核心问题之一，包括材料技术低成本、设计技术低成本和制造技术低成本；涉及多种复合材料成型技术，如缠绕成型、铺放成型（铺带、铺丝）、拉挤、编织、缝合和树脂传递模塑成型（RTM ）等等。自1985年至今，降低成本的结构设计/材 料/制造一体化技术和成形工艺技术一直是复合材料低成本制造技术的研究重点，而自动化成型技术是将结构设计、材料和制造连为一体的纽带和桥梁，不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高了复合材料构件质量的可靠性和稳定性，实现了CAD /CAM /CAE 技术在复合材料制造领域的应用和发展，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础 ［5－12］ 。 自动铺带技术是复合材料成型自动化的典型代表，集机电装备技术、CAD /CAM 软件技术和材料工艺技术于一体，其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，主要用于平面型或低曲率的曲面型构件，或者说准平面型复合材料构件的层铺制造，特别适合大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，极大地降低了材料的废品率和制造工时。

铝基复合材料及应用

3铝基复合材料及应用 Aluminum matrix composites and applications 在材料体系设计、制备技术、界面研究、改性处理、性能表征、塑性变形和应用研究等方面开展了系统的研究工作，攻克了高致密制备技术、复合材料稳定性设计、稳定化处理技术、超声波辅助钎焊技术和材料稳定性评价方法等关键技术。研制出的系列颗粒、晶须和纤维增强铝基复合材料，已经应用于卫星、飞机、载人航天等领域。2008年获得国家技术发明二等奖。 The fabrication technology,interface structure,surface modification,property characterization,and plastic deformation have been investigated.A series of key technological problems have been broken through,such as high-density composite fabrication,design of dimensional stability,stabilizing treatment,ultrasonic assisted brazing and evaluation of materials stability.The composites have been successfully applied for industries. SiCp/Al 复合材料样件 SiCp/Al composites samples SiCw/Al 复合材料卫星天线展开机构丝杠 Satellite antenna screw rods of SiCw/Al composite SiC p /Al 相机框架焊接件Brazed camera carriages of SiCp/Al composite

方案设计报告模板

标号:GD 1.0 密级: 版本:V 1.0 编号: 《×××》 方案设计报告 GD 1.0 共1册第1册 南京天祥智能设备科技有限公司 20××年×月

文档修改记录

XXX 研制方案 拟制： 校核： 审查： 标准化： 审定： 批准：

目录 1适应范围 (1) 2研制依据 (1) 3系统组成与工作原理 (1) 3.1系统组成 (1) 3.2系统工作原理 (1) 4主要战术技术指标及使用要求 (1) 4.1主要战术指标 (1) 4.2主要技术指标 (1) 4.3主要使用要求 (1) 5总体技术方案 (2) 5.1总体设计思路 (2) 5.2结构方案 (2) 5.3硬件方案 (2) 5.4软件方案（适应时） (2) 5.5电源方案（适应时） (2) 5.6接口方案 (2) 5.7环境适应性设计措施 (2) 5.8可靠性设计措施 (3) 5.9维修性设计措施 (3) 5.10测试性设计措施 (3) 5.11保障性设计措施 (3) 5.12安全性设计措施 (3) 5.13电磁兼容性设计措施 (3) 5.14人机工程设计措施（适应时） (3) 6试验验证初步考虑 (3) 7质量和标准化控制措施 (4) 7.1质量控制措施 (4) 7.2标准化控制措施 (4) 8研制进度安排 (4) 8.1项目周期 (4) 8.2进度安排 (4) 9研制风险分析 (4) 9.1技术风险 (4) 9.2进度风险 (5) 9.3经费风险 (5) 10任务分工 (6) 11研制经费概算（可视情省略） (6) 11.1科研经费概算 (6) 11.2生产经费概算 (6)

BOOST电路方案设计

项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计 一、目的 1 ?熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。 2 ?熟悉专用PWM控制芯片工作原理， 3?探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下： 输入电压：9V?15V; 输出电压：24V，纹波＜1%; 输出功率：30W 开关频率：40kHz 具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。 具有软启动功能。 进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试 三、实验仪器设备 1 ?示波器 2 .稳压电源 3 ?电烙铁 4. 计算机 5. 万用表 四、研究内容 （一）方案设计 本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控 制电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。系统总体方案设计框图如图 1.1所示。

1 ?主电路参数设计[1,2] 电路设计要求：输入直流电压9~15V ，输出直流电压24V ，输出功率30W , 输 出纹波电压小于输出电压的1%,开关频率40kHz , Boost 电路工作在电流连续 工作 模式（CCM ）。 Boost 变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率 二极管VD 和负载R 组成。 1）电感计算 忽略电路损耗，工作在CCM 状态，根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比： 艮卩,0.375 乞 D 乞 0.625 。 D max 八十十齐0.625 图1.1系统总体方案设计框图 图1.2 Boost 变换器主电路

复合材料预浸料自动铺带成型适宜性研究

第３１卷　第２１期 ２００９年１１月武　汉　理　工　大　学　学　报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＷＵＨＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３１　Ｎｏ．２１　Ｎｏｖ．２００９ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４４３１．２００９．２１．０１２ 复合材料预浸料自动铺带成型适宜性研究 蒋诗才，邢丽英，陈祥宝 （北京航空材料研究院，北京１０００９５） 摘　要：　为考察不同耐温等级复合材料预浸料自动铺带工艺适宜性，研究了不同环氧及双马树脂体系预浸料的室温粘性，并给出预浸料分级的评分方法。结果表明：低温环氧ＬＴ０３Ａ／Ｔ７００、中温环氧３２３４／Ｔ７００、高温环氧５２２８Ａ／Ｔ７００为１级，适合室温自动铺带成型工艺；低温环氧ＬＴ０３／Ｔ７００、高温环氧５２２８／Ｔ７００、双马５４２９／Ｔ７００为２级不适合室温自动铺带成型工艺。对确定的预浸料体系自动铺带工艺适宜性方法进行了自动铺放工艺验证，证明预浸料体系自动铺带工艺适宜性的判定方法是有效的。 关键词：　预浸料；　粘性；　自动铺带；　成型适应性 中图分类号：　Ｖ２５４．１１文献标识码：　Ａ文章编号：１６７１－４４３１（２００９）２１－００４４－０４ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｏｌｄｉｎｇＳｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰｒｅｐｒｅｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＪＩＡＮＧＳｈｉ－ｃａｉ，ＸＩＮＧＬｉ－ｙｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｎｇ－ｂａｏ （ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｅｖｅｌｓｐｒｅｐｒｅｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｐｒｅｐｒｅｇｖｉｓｃｏｓｉｔｉｅｓａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｐｏｘｙａｎｄｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ（ＢＭＩ）ｒｅｓｉｎｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄａｓｃｏｒｅｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｐｒｅｇｍｅｔｈｏｄｗａｓａｐｐｒｏｖｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ＬＴ０３Ａ／Ｔ７００ｗｉｔｈｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ，３２３４／Ｔ７００ｗｉｔｈｍｉｄｄｌｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，５２２８Ａ／Ｔ７００ｗｉｔｈｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙｉｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｓ１－ｌｅｖｅｌａｎｄｉｓｓｕｉｔ－ａｂｌｅｔｏａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅＬＴ０３／Ｔ７００ｗｉｔｈｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，５２２８／Ｔ７００ｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｐｏｘｙ，ＢＭＩ５４２９／Ｔ７００ａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｓ２－ｌｅｖｅｌａｎｄｉｓｕｎｓｕｉｔａｂｌｅｔｏａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｒｏｃｅｓｓａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｒｅｐｒｅｇｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｃｏｒｅｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｐｒｅｐｒｅｇ；　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；　ａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；　ｍｏｌｄｉｎｇｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ 收稿日期：２００９－０６－１５．作者简介：蒋诗才（１９７３－），男，工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉ０３２４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ自动铺带（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅ）成型以有隔离背衬纸的单向预浸带为原料，在铺带头中完成预定边界形状切割，然后在压辊作用下按设计轨迹直接铺叠到模具表面。有研究表明［１］，手工铺叠复合材料效率为３磅／ｈ，而自动铺带技术能达到１５～３０磅／ｈ；手工铺叠复合材料废料量为１５％～２０％，而自动铺带技术只有５％左右。还有研究表明，利用自动铺带技术制备的复材料构件具有尺寸精度较高，内应力低等特点，是提高复合材料性能的一个重要途径。 从上世纪８０年代起，已应用自动铺带机生产了军机如Ｂ１和Ｂ２轰炸机的机翼蒙皮；近年来用于ＮａｖｙＡ６轰炸机机翼、Ｆ２２战斗机机翼和波音７７７飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮。Ｖｏｕｇｈｔ飞机公司应用自动铺带机生产包括军用Ｃ－１７运输机的水平安定面蒙皮、全球鹰ＰＱ－４Ｂ大展弦比机翼，以及波音公司应用

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《×××》 方案设计报告 GD 1.0 共1册 第1册 南京天祥智能设备科技有限公司 20 ××年×月 标号:GD 1.0 版本:V 1.0 密级: 编号:

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拟制： 校核： 查：标准化：审定： 批准： XXX 研制方案

目录 1 适应范围 (1) 2 研制依据 (1) 3 系统组成与工作原理.............................................. 1... 3.1 系统组成 .................................................... 1... 3.2 系统工作原理 ................................................ 1... 4 主要战术技术指标及使用要求...................................... 1.. 4.1 主要战术指标 ................................................ 1... 4.2 主要技术指标 ................................................ 1... 4.3 主要使用要求 ................................................ 1... 5 总体技术方案.................................................... 2... 5.1 总体设计思路 ................................................ 2... 5.2 结构方案 .................................................... 2... 5.3 硬件方案 .................................................... 2... 5.4 软件方案（适应时） .......................................... 2... 5.5 电源方案（适应时） .......................................... 2... 5.6 接口方案 .................................................... 2... 5.7 环境适应性设计措施 .......................................... 2... 5.8 可靠性设计措施 .............................................. 3... 5.9 维修性设计措施 .............................................. 3... 5.10 测试性设计措施 .............................................. 3... 5.11 保障性设计措施 .............................................. 3... 5.12 安全性设计措施 .............................................. 3... 5.13 电磁兼容性设计措施 .......................................... 3... 5.14 人机工程设计措施（适应时） .................................. 3.. 6 试验验证初步考虑................................................ 3... 7 质量和标准化控制措施............................................ 4... 7.1 质量控制措施 ................................................ 4... 7.2 标准化控制措施 .............................................. 4... 8 研制进度安排.................................................... 4... 8.1 项目周期 .................................................... 4... 8.2 进度安排 .................................................... 4... 9 研制风险分析.................................................... 4... 9.1 技术风险 .................................................... 4... 9.2 进度风险 .................................................... 5... 9.3 经费风险 .................................................... 5... 10 任务分工 (6) 11 研制经费概算（可视情省略）...................................... 6.. 11.1 科研经费概算 ................................................ 6... 11.2 生产经费概算 ................................................ 6...

复合材料铺层设计说明书

复合材料铺层设计 复合材料制件最基本的单元是铺层。铺层是复合材料制件中的一层单向带或织物形成的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材料铺层层合压制而成的复合材料板材称为层合板。复合材料层压结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层设计要素组成的层合板。 本章主要介绍由高性能连续纤维与树脂基体材料构成的层合结构和夹层结构设计的基本原理和方法，也介绍复合材料结构在导弹结构中的应用。 一、层合板及其表示方法 (1) 铺层及其方向的表示？ 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很薄，通常约为～。铺层中增强纤维的方向或织物径向纤维方向为材料的主方向（1向：即纵向）；垂直于增强纤维方向或织物的纬向纤维方向为材料的另一个主方向（2向：即横向）。1—2坐标系为材料的主坐标系，又称正轴坐标系，x-y坐标系为设计参考坐标系，如图所示。 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ表示。所谓铺向角（铺层角）就是铺层的纵向与层合板参考坐标X轴之间的夹角，由X轴到纤维纵向逆时针旋转为正。参考坐标系X-Y与材料主方向重合则为正轴坐标系。X-Y方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标系，如图（b）所示。铺层的正轴应力与偏轴应力也在图中标明。

（2）层合板的表示方法？ 为了满足设计、制造和力学性能分析的需要，必须简明地表示出层合板中各铺层的方向和层合顺序，故对层合板规定了明确的表示方法，如表所示。 二、单层复合材料的力学性能

单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。由于单层很薄，一般仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态。单层在材料主轴坐标系中通常是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变ε1、ε2只与该点处的正应力σ1、σ2有关，而与剪应力τ12无关；同时，该点处剪应变γ12也仅与剪应力τ12有关，而与正应力无关。 材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量Ε1和Ε2、主泊松比ν12、纵横剪切弹性模量G12，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度X1、X2，横向拉伸与压缩强度Y1、Y2，纵横剪切强度S共五个强度参数。这9个工程常数是通过单向层合板的单轴试验确定的。通常情况下，单层力学性能有明显的方向性，与增强纤维的方向密切相关，即Ε1>>Ε2，X>>Y；而且拉伸与压缩强度不相等，即X1≠X2，Y1≠Y2；纵横剪切性能与拉伸、压缩性能无关，即S 与X 、Y 无关。 由于单层复合材料是复合材料的基础，故往往用它的性能来说明复合材料的性能。但应当指出：单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能。一般说，实际使用的层合复合材料性能要低于单向复合材料的纵向性能。复合材料的性能与材料中含有的纤维数量有很大的关系，所以在规定性能数据时，一般还应给定材料所含的纤维量，通常用纤维所占的体积百分比V来表示。V称为纤维体积分数或纤维体积含量，其值通常控制在60%左右。 三、复合材料结构的制造与成形工艺 （1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围？ 树脂基复合材料结构成形工艺方法多种多样，各有所长。工艺方法的分类见图各种工艺方法的特点与适用范围见表。

国内外复合材料自动化成型设备的发展趋势

国内外复合材料自动化成型设备的发展趋势目前，飞机复材构件的自动化成型工艺主要包括纤维缠绕、纤维带铺放和纤维丝铺放3种类型。其中，纤维缠绕技术是最早开发并广泛使用的加工技术，亦是最成熟的生产技术。所谓纤维缠绕成型工艺，就是将浸过树脂的连续纤维，按照一定规律缠绕到芯模上并层叠至所需的厚度，然后在加热或常温条件下固化、脱模，获得一定形状制品的工艺方法。自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带，在铺带头中完成预定形状的切割、定位，加热后按照一定设计方向在压辊作用下，直接铺叠到曲率半径较大且变化较缓的模具表面。铺带机多采用龙门式结构，其核心部件是铺带头，须完成超声切割、夹紧、衬纸剥离和张力控制等功能。铺丝技术综合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条由多根预浸纱组成的宽度可变的预浸带后铺放在芯模表面，经过加热软化后压实定型。铺丝技术适用于曲率半径较小的曲面产品表面制备，铺设时没有皱褶，无须作剪裁或其他处理。铺丝可以代替铺带，相对于铺带，它的成本较高、效率也低一些，但复杂的曲面表面必须用铺丝工艺完成。 在航空制造业，纤维缠绕技术主要用于雷达罩、发动机机匣、燃料储箱、飞机副油箱和过滤器等零部件的成型，现代大型喷气客机(如波音747等)上众多的高压气瓶都是用玻璃纤维复合材料缠绕成型的，它们为飞机提供了不可缺少的气动控制动力源。 纤维带铺放技术制造的飞机复材构件典型的有飞机机翼蒙皮、垂/平尾蒙皮、翼肋、方向舵和升降舵等。F-22战斗机机翼和波音777

飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮、C-17运输机的水平安定面蒙皮、全球鹰RQ-4B大展弦比机翼、787机翼、A330和A340水平安定面蒙皮、A340尾翼蒙皮以及A380的安定面蒙皮和中央翼盒等，均采用铺带工艺成型。 铺丝技术的典型应用包括S形进气道、中机身翼身融合体蒙皮直至带窗口的曲面等。首先应用自动铺放技术的是波音直升机公司，它研制了V-22倾转旋翼飞机的整体后机身。在第4代战斗机的典型应用包括S形进气道和机身，F35的中机身翼身融合体蒙皮。在商用飞机方面有Premier I和霍克商务机的机身部件、大型客机波音747及波音767客机的发动机进气道整流罩试验件和波音787机身则全部采用复合材料自动铺丝技术分段整体制造等，自动铺放技术的应用大大简化了制造工艺，带来了航空制造技术的变革。 一、纤维缠绕成型设备的发展现状 20世纪40年代中期，国际上正式提出了纤维缠绕技术的概念。60年代初期，出现第一代机械式纤维缠绕机，其控制系统是由皮带、齿轮、滑轮和链条等组成的机械系统。1973年Entec公司开发了第一台微处理器控制的纤维缠绕机。1976年第一个商业化标准的缠绕机型号McClean Anderson 60型投放市场。80～90年代，更多的计算机技术投入到缠绕机的开发当中，新一代微机控制纤维缠绕机开始研制。英国的Pultrex有限公司采用通用数控系统成功开发了四轴联动纤维数控缠绕机。当时，每台缠绕机的硬件部分都必须包括计算机和运动控制卡，机床的速度控制得到了极大改善，计算机控制系统能够

航空航天复合材料技术发展现状

航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚

树脂基复合材料复习要点

1.功能复合材料主要由功能体和基体组成，或由两种(或两种以上)的功能体组成。 2.材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特征，可分为线性效应和非线性效应。 3.燃烧过程，大致分为五个不同的阶段：（1）加热阶段；（2）降解阶段；(3)分解阶段；（4）点燃阶段；（5）燃烧阶段。 4.氧指数（OI)愈高，表示燃烧愈难。当OI<22时，为易燃性塑料；当OI在22—27之间时，为自熄性塑料；当OI > 27时，为难燃塑料 5.在美国UL-94防火标准中，塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-O逐级递增。 6.阻燃机理有多种：保护膜机理、不燃性气体机理、冷却机理、终止链锁反应机理、协同作用体系。 7.非金属材料的腐蚀类型按腐蚀机理分类①物理腐蚀②化学腐蚀③大气老化④环境应力开裂 8.为了弄清材料的腐蚀机理，进一步对其寿命进行预测，对其进行的实验以试验场所划分，可分为现场试验及实验里试验。 9.摩阻复合材料一般由增强体、摩擦功能调节体与基体等构成，各组分在摩擦材料中的作用是不同的。 10.列举三种常见的水溶性高分子聚合物：聚乙二醇、聚乙吡咯烷酮、聚乙烯。 11.防辐射服是利用服饰内金属纤维构成的环路产生感生电流，有感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。 12.吸波材料之所以能够吸收进入材料内部的电磁波主要是由于电磁波在材料内部产生电损耗或磁损耗而使电磁波的电磁性能转化为其他形式的能量散失掉，从而达到减少反射的目的。 13.电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化、磁性介质在交变磁场的作用下产生能量损耗的机制有：①磁滞损耗②涡流损耗③剩磁效应④磁共振。 14.密封材料的耐磨性通常以磨损率的倒数来表示。 15.影响玻璃钢透光率的主要因素：玻璃纤维和粘结剂的折射指数；玻璃纤维和粘结剂的光吸收系数；玻璃纤维的直径及其在玻璃钢中的体积含量。 16.阻尼特性可以通过对数衰减率δ与阻尼因子η两种方式来描述。 17.复合材料用于装甲防护主要有两种形式，即单纯的纤维织物和复合材料层合板。 18.防弹复合材料所用的纤维通常为玻璃纤维、尼龙纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维，最近开发出具有目前最高强度的聚苯并噁唑（PBO）纤维。 19.理想的树脂基体应具有耐高温、高韧性、高强度、低模量等性能，以及低成本。常用的树脂基体有：( )、( )、低密度聚乙烯、交联聚异戊二烯、聚丙烯等。 20.抗辐射聚合物基体一般在分子主链上具有多重环，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚砜、聚醚醚酮树脂等均具有良好的耐辐射性。 21.功能复合材料：除力以外而提供其它物理性能的复合材料即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能以及摩擦、阻尼等性能。 22.高分子纳米复合材料：是由各种纳米单元和高分子复合而成的一种新型复合材料，其中纳米单元按化学成分分为金属陶瓷高分子和无机非金属。 23.燃烧氧指数：指试样像蜡烛状持续燃烧时，在氮-氧混合气流中所必须的最低氧含量。

AC220v_DC48v电路EMC设计方案

AC220v,DC48v电路EMC设计方案 AC220V和DC48V是通信电子产品应用最广泛的工作电压，AC220V和DC48V电路的EMC 设计好坏关系到通信设备运行的稳定性，下面赛盛技术利用电磁兼容设计平台（EDP）从原理图方面设计两款电路的EMC设计方案。 1. AC220V电路2KV防雷滤波设计 图1 AC220V电路2KV防雷滤波设计 图2 接口电路设计概述： 交流电源接口通过电源线与电网连接为电气设备提供电能，产品在工作中产生各种干扰，如电源变换电路、高频变压器、数字电路等产生的干扰，这些干扰通过电源接口形成对电网的传导干扰以及对空间的辐射干扰； 当电网上有大功率感性负载通断或电网遭受雷击时，会在电源接口产生瞬态的脉冲干

扰和浪涌干扰，若电源接口不进行防护滤波设计，这些干扰容易影响产品的正常工作，雷电干扰甚至能损坏设备，因此交流电源接口需要进行电磁兼容设计，确保设备工作稳定； 本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；同时兼容接口防雷设计；本方案防雷电路设计可通过IEC61000-4-5标准，共模2000V，差摸1000V的接口防雷测试。 电路EMC设计说明： （1） 电路滤波设计要点： L1、C1、C3、C4组成第一级滤波电路。C1为差模滤波电容，主要滤除差模干扰；C3、C4为共模滤波电容，为共模干扰提供低阻抗回路；L1为共模滤波电感，对共模干扰进行抑制。 L2、C2、C5、C6组成第二级滤波电路，C2为差模滤波电容，主要滤除差模干扰，C5、C6为共模滤波电容，为共模干扰提供低阻抗回路，L2为共模滤波电感，对共模干扰进行抑制； 若产品功率大，干扰强，单级滤波插入损耗有限，则设计前期需要考虑多级滤波； C19为整流桥的高频滤波电容，一般采用小电容，主要为整理桥的高频谐波电流提供回流路径； C20为变压器的高频滤波电容，一般采用小电容，主要为变压器的高频谐波电流提供回流路径； C15和R13组成续流管上的削尖峰电路，C15电容典型取值为1000pF，R13电阻典型取值为10Ω； C12和R12组成PWM控制线上的滤波电路，C12电容典型取值为47pF，R12电阻典型取值为10Ω，其值可根据后续测试情况进行调整； L4和C8组成输出端滤波电路，主要为输出端口进行共模和差模滤波； 各种功能地通过电容连接，电容典型取值为1000pF，其值可根据后续测试情况进行调整； （2）电路防护设计要点 RV1、RV2、RV3、GDT1组成第一级防护电路，其中RV1进行差模防护、RV2、RV3、GDT1进行共模防护。 RV2、RV3、GDT1防护器件会导致绝缘耐压试验不能通过，当接口需要考虑绝缘耐压试验时建议去掉RV2、RV3、GDT1三个元器件。 （3）特殊要求 电路中所有的电容应符合安规的要求，差模电容选取额定电压250V以上X电容，共模电容选取额定电压250V的Y电容； 因为压敏电阻失效模式为短路，可能会造成大电流，所以需要增加保险丝F1，并且保险丝F1位置要靠近接口放置。 （4）器件选型要点 交流电源接口电路中的Y电容（C3、C4和C5、C6）容值选取范围为100pF~4700pF，典型值选取2200pF； 交流电源接口电路中的X电容（C1和C2）容值选举范围为0.1μF~2.0μF第一级中的X 电容C1典型值选取0.33μF，第二级滤波中的X电容C2典型值选取1.0μF； L1、L2、L4为共模电感，共模电感感值范围为100μH~30mH，典型值选取15mH；

浅谈复合材料自动铺带机的系统控制

浅谈复合材料自动铺带机的系统控制 发表时间：2019-08-05T09:13:13.313Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：周英赵青华贾敏梅龙 [导读] 摘要：自动铺放技术在先进复合材料制造领域占有举足轻重的地位,发达国家自动铺带技术已相当成熟,大规模应用于多种主要机型制造:如F16,F22,B717,B787,A340,A380等。 航空工业西飞质量管理部特种工艺检验站陕西西安 710089 摘要：自动铺放技术在先进复合材料制造领域占有举足轻重的地位,发达国家自动铺带技术已相当成熟,大规模应用于多种主要机型制造:如F16,F22,B717,B787,A340,A380等。自动铺带机已经商品化,其数控系统有在通用数控系统基础上开发的铺带数控系统和专用铺放数控系统等。目前国内复合材料制造技术还停留在手工铺放水平,自动铺带尚处在样机的研究阶段。相比手工铺放,自动铺带机不论在效率还是在精度上,都远远优于前者。据统计:国外自动铺带效率是手工铺带的十倍以上,自动铺放定位精度高于手工定位精度两个量级以上。文章主要围绕复合材料自动铺带机的系统设置进行了分析，从而达到保证自动铺带机设备的加工能力及产品质量的目的。 关键词：开放式数控系统；铺带机 引言：为实现复合材料自动铺带机对数控系统的特殊要求,以可编程多轴控制器作为运动控制核心,采用可编程数字I/O卡控制开关量,提出了基于开放式数控系统的铺带机专用CNC硬件体系结构的设计方案。为提高系统中与加工过程密切相关的实时任务的实时性,采用随动控制方式,实现了数控系统软件中的运动控制及其与开关动作量之间的协调联动的任务。完成了各控制器的驱动程序、用户图形界面和数控代码编译模块的设计。该系统能很好解决铺带机多轴运动控制精度要求较高、运动量与较多动作量联动实时性等设计难点。 1.铺带机数控硬件系统控制 复合材料铺放的工艺特性决定了铺带机数控系统的硬件结构体系,铺带机专用数控系统由工控机(IPC)、可编程多轴控制器、开关量控制板卡(PCL-725,PCL-730)、I/O接口、伺服驱动装置和电源驱动装置组成。作为数控系统的核心,工控机(IPC)负责整个控制系统的信息处理与后台操作;并向各下位机发出命令,协调运动量与开关动作量的联合操作。运动控制器接收上位机的控制指令,以此控制各轴电机运动实现数控加工。本系统采用PMAC作为运动控制单元,它使用的CPU是DSP56001/56002数字信号处理器(40MHz),可同时控制8个运动轴同步实现联动。除了能够实现运行程序外,还能监控PLC后台程序,两者由于时序不同并不相互冲突。在执行运动程序之前,PMAC必须对运动性指令和非运动性指令进行预先计算,从而协调执行机构的实际运动。本系统采用PMACⅡ型卡,通过扩展功能模块(ACC-8ES,ACC-8FS)可同时连接伺服电机驱动器与步进电机驱动器,同时实现对伺服电机与步进电机的联动。所选用的是交流伺服电机与国产步进电机,PMAC与上位的连接采用ISA总线方式。铺带数控系统开关动作量作为辅助加工,需要与运动量协调联动。为保证两者实时性,选用PCL-725,PCL-730数字I/O板卡分别对铺带数控系统的手动输入操作与开关动作输出量实施控制。由于两者都是以ISA总线通讯方式与上位工控机连接,数据传输效率得以保证。 2.铺带数控软件系统控制 2.1铺带数控系统的软件结构 铺带机数控系统软件是一个实时多任务软件系统,按照任务与加工控制过程的触发频繁程度,数控软件可分为实时任务和非实时任务两大类：直接与数控加工相关的任务为实时任务,除此之外的辅助任务为非实时任务。根据任务执行的时间不同,还可以分为周期性任务和突发任务:周期任务为有规律的按照时间间隔周期性地执行,突发任务在时间上是随机的。如图1所示,实时周期性任务主要包括运动控制和动作控制任务,它们是铺带加工过程中的核心任务,必须优先执行,不允许被其他任务强占。实时突发性任务主要包括手动开关控制与故障处理,当这些任务被触发时,系统应立即中断正在执行的任务,转入对这些事件的处理,处理完再恢复到中断前的状态。非实时周期性任务主要为界面显示刷新任务,它周期性地更新当前加工状态和各轴位置等显示信息,其主要目的是使操作者可以监控当前的系统信息。非实时性任务的优先级较低,只有当实时任务完全执行之后才能得到运行。非实时突发性任务是指实时性要求很低的任务,主要包括系统参数管理、数控文件管理、加工仿真、代码预处理及其他辅助性操作。 2.2运动控制任务和动作控制任务联合实现 铺带工艺的特殊性要求在铺放加工过程中运动量与动作量同时或交替进行,这两者都是关键任务,必须作为实时任务来实现。但他们通过不同的CPU进行处理:运动控制任务由PMAC执行,而开关动作量由PCL-725输出同步指令。这两个任务由上位机协调联动,通讯方式为ISA总线。由于PMAC运动程序中可以编写PLC逻辑指令,运动指令与动作指令可以联合编写在PMAC程序中,通过不断访问PMAC寄存器内开关量的状态并将其更新到数字输出板卡PCL-725中,就可以保证在铺带运动同时辅助动作量的联动实现。数据的传送完全由上位机协调实现。以下语句为PMAC中运动与动作量联调程序以及在系统主应用程序中数据传输实现。 图1.控制系统软件与功能 2.3主运动与随动的实现 铺带加工的运动控制存在主运动和随动运动两种情况,主运动是指系统直接运行的运动程序,不受任何其他条件限制,PMAC与传统数控加工运动控制卡类似也具有直线插补和圆弧插补运动方式,而直线插补运动方式最多可以支持8轴联动;此外,PMAC还提供了3次样条插补运动的功能,可实现在曲面上的高精度加工,这样也使5轴沿规定曲线联动成为可能。而随动是指相对于主运动程序中某一个或多个轴的运动按某种规律精确跟随运动。铺带的工艺要求预浸带超声切割系统与5轴定位机械平台既相对独立而又在某些特殊情况下必须跟随其运动的一个子系统,所以切割系统的运动方式必须采用随动系统来实现。这两种运动程序由代码解释器根据用户输入的数据自动生成,并通过PMAC设备驱动