科创中国
面向航空航天的大型复合材料构件纤维缠绕
发布时间:
2022-12-05
截止日期:2023-04-30
价格 双方协商
地区： 黑龙江省 齐齐哈尔市 龙沙区
需求方： 齐齐***公司
行业领域
高端装备制造产业
需求背景
纤维铺放设备方案 对铺放设备产业化升级主要解决的是铺放CAD/CAM软件的开发。铺放软件可实现曲面上基于固定角或测地线的铺丝轨迹规划。通过导入模具参数、预浸纱参数和铺放参数，实现对模型表面整体满铺覆轨迹的设计，并通过软件实现轨迹规划与生成，实现纤维丝束的铺放、止丝、裁剪。软件界面为面向对象的操作界面，采用C/C++***开发环境进行开发，通过线型设计与仿真判断选择的铺丝路径是否可行，铺丝头与芯模及转台之间是否会发生干涉等，软件可嵌入到铺放控制系统中。
需解决的主要技术难题
（1）纤维缠绕设备方案 对缠绕设备产业化升级主要解决两部分问题：一是重点解决核心零部件国产化问题，包括精密机械结构、张力控制系统、精确浸胶装置、PLC组件。二是研制具有自主知识产权的缠绕CAD/CAM软件。为了解决上述问题，需要对整机机械结构布局、张力控制系统及缠绕CAD/CAM软件进行研究和改进。 重型卧式数控缠绕机采用卧式布局，尾座导轨、小车导轨、纱架导轨平行排布。控制系统采用国产控制系统，主轴、小车驱动均采用国产伺服电机为动力源，精密减速器、齿轮齿条、PLC组件、张力传感器等核心零部件均应用国产厂商。对原有刮胶刀形式的浸胶装置改为吸虹式的精确浸胶装置。根据核心零部件国产化设计指标，开展部件设计、总体装配设计、部件装配设计及电气设计等工作。 纤维缠绕CAD/CAM系统软件功能的强弱以及其精确程度，对缠绕成品的质量有着重要的影响。根据纤维缠绕软件体系的特点，在软件的开发过程中采用UML建模语言和Rational Rose工具对整个开发过程进行跟踪和控制，选取C++语言和VC++工具进行软件开发，同时选用OpenGL软件包用于三维仿真，采用MFC文档视图体系作为系统的主要框架，最后将缠绕CAD/CAM集成在控制系统中。
期望实现的主要技术目标
项目预期达到的技术指标：缠绕设备：模具最大重量40吨，工件最大直径***，工件最大装夹长度16m，缠绕出纱速度60m/min；铺放设备：丝束数量16，丝束宽度***，纤维铺丝速度0-30m/min；。 产业化建设目标及经济产出指标：建立大型复合材料缠绕/铺放装备制造体系，制定相应的生产规范，具备试生产的基本条件。实现大型缠绕和铺放设备各年产10台套产业化能力，预期年均产值3000万元以上。
需求解析
解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-12-07
黄剑华
哈尔滨工业大学
教授
综合评价
近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效地降低了总成本，如F/A-18E/F零件数减少42%，减重158kg。复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件，无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献
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