俄羅斯聯(lián)合飛機(jī)制造公司（UAC）在其即將推向市場(chǎng)的MS-21單通道客機(jī)上，采用非熱壓罐成形技術(shù)制造機(jī)翼主承力構(gòu)件，這在民用飛機(jī)制造史上具有里程碑意義，將對(duì)世界航空制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
MS-21客機(jī)承載了俄羅斯復(fù)興民用航空工業(yè)的夢(mèng)想。作為一款全新的飛機(jī)，MS-21機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用量達(dá)到了40%，在商用飛機(jī)中僅次于空客A350XWB、波音787和龐巴迪C系列。
如何在A320neo、737MAX等機(jī)型的夾擊下凸顯競(jìng)爭(zhēng)力？UAC的研發(fā)戰(zhàn)略十分明確，那就是以重量更輕、成本更低的方法來制造復(fù)合材料機(jī)翼。UAC選擇了翼梁、蒙皮壁板和中央翼盒6個(gè)截面壁板等主承力構(gòu)件，委托旗下航空復(fù)材公司組建了跨國(guó)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行干纖維樹脂浸漬工藝（一種非熱壓罐成形技術(shù)）的開發(fā)。
干纖維樹脂浸漬工藝的特點(diǎn)是用液體樹脂以壓力注入干纖維然后成形，固化過程使用固化爐而不依賴熱壓罐，它可以節(jié)省大量的纖維預(yù)浸、運(yùn)輸、保管費(fèi)用，設(shè)備投資和能耗也較低，具有投入更少、能耗更低、重量更輕的優(yōu)勢(shì)，這是俄羅斯人選擇它的主要理由。
對(duì)于MS-21機(jī)翼中的這些大尺寸主承力構(gòu)件，如果采用熱壓罐固化需要在設(shè)備上投入上千萬美元，使用固化爐則可以節(jié)省數(shù)百萬美元。熱壓罐的運(yùn)營(yíng)成本比同等體積的固化爐高數(shù)倍，在固化過程中給熱壓罐加熱以及在幾個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)下輸送氮?dú)?，能量消耗巨大，而干纖維樹脂浸漬工藝使用的固化爐絕熱性能良好，可以節(jié)省大量能量。利用干纖維制造預(yù)成形件可以成形大型整體帶筋結(jié)構(gòu)，大大減少零件和緊固件數(shù)量，從而達(dá)到更好的減重效果。MS-21機(jī)翼的翼梁、蒙皮壁板和中央翼盒截面壁板都是這樣的整體成形件，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)體減重10%?15%的目標(biāo)是非常重要的。
2010年，開發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員之一菲舍爾未來先進(jìn)復(fù)合材料股份公司（FACC）研制出了樹脂浸漬的復(fù)合材料翼盒原型，之后又完成了三個(gè)翼盒原型的制造；2011年，F(xiàn)ACC在莫斯科航展上展示了由6個(gè)復(fù)合材料組件構(gòu)成的翼盒，共計(jì)300多個(gè)零件、9000多個(gè)緊固件；2012年，這些翼盒完成了大量靜態(tài)和連續(xù)循環(huán)試驗(yàn)；2013年，MS-21開始總裝。按計(jì)劃，2014年，航空復(fù)材公司將裝配首個(gè)全尺寸外翼；2015年，完成總裝下線，并且實(shí)現(xiàn)首飛；2017年，交付客戶。
復(fù)合材料非熱壓罐成形技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程，近幾年開始重新受到人們的關(guān)注，并且運(yùn)用到商用飛機(jī)主承力構(gòu)件制造中。非熱壓罐成形技術(shù)的前景，取決于未來單通道客機(jī)的發(fā)展和選材。在未來一段時(shí)期內(nèi)，波音和空客不太可能再設(shè)計(jì)研發(fā)全新的雙通道客機(jī)，現(xiàn)有的熱壓罐設(shè)備和技術(shù)足以保障波音787和A350XWB系列的生產(chǎn)，改換非熱壓罐對(duì)節(jié)約成本意義不大，應(yīng)該把目光轉(zhuǎn)向波音737和空客A320這樣的單通道客機(jī)。
未來10年內(nèi)，737系列和A320系列每月生產(chǎn)速率將達(dá)到45?50架，一旦波音和空客決定將這些飛機(jī)的機(jī)翼鋁合金材料換成復(fù)合材料，或者干脆開發(fā)全新的飛機(jī)，那么非熱壓罐成形技術(shù)極有可能派上用場(chǎng)。
據(jù)測(cè)算，如果每月交付100架飛機(jī)，就意味著要制造400套，每套重約1噸的機(jī)翼蒙皮，至少需要購(gòu)買20個(gè)大型熱壓罐，每個(gè)熱壓罐的安裝成本就要達(dá)到4000萬?5000萬美元。也就是說，波音和空客僅熱壓罐一項(xiàng)技改項(xiàng)目，就要投入數(shù)億美元，已經(jīng)日趨成熟的非熱壓罐成形技術(shù)成本優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
事實(shí)上，波音、空客以及英國(guó)GKN航宇公司等制造商已經(jīng)在這個(gè)方面進(jìn)行了大量研究。波音和空客合作開展了一個(gè)復(fù)合材料機(jī)翼技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目，使用空客的專利技術(shù)制造了一個(gè)2.5米長(zhǎng)的正弦波形網(wǎng)狀碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼翼梁，這種方法可以進(jìn)一步減輕機(jī)翼10%的重量。
波音研制的“鬼眼”無人機(jī)驗(yàn)證機(jī)，由三部分組成、長(zhǎng)45.7m的機(jī)翼也是利用非熱壓罐成形技術(shù)制造的。GKN航宇公司在歐盟“潔凈天空”計(jì)劃的資助下，利用非熱壓罐成形技術(shù)制造出了下一代復(fù)合材料整體機(jī)翼翼盒驗(yàn)證件，翼盒集成了帶加強(qiáng)筋的蒙皮、復(fù)雜彎曲輪廓以及4個(gè)不同的長(zhǎng)桁形狀。GKN的技術(shù)開發(fā)目標(biāo)是比現(xiàn)有復(fù)合材料機(jī)翼減重5%，總成本減少25%，并具備50個(gè)/月、或2個(gè)/天的生產(chǎn)速度。
非熱壓罐成形技術(shù)進(jìn)程的快慢，影響范圍有多大，最終會(huì)形成什么局面，還要取決于市場(chǎng)環(huán)境、技術(shù)和制造成熟度等多方面的因素，但非熱壓罐技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，就像當(dāng)年復(fù)合材料替代鋁合金一樣不可逆轉(zhuǎn)。（來源：《大飛機(jī)》雜志）
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