引言
作为21世纪的主导材料，复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良和耐化学腐蚀等诸多优异性能，这些都是直升机结构所盼望的理想性能，因而在直升机设计制造中占有重要的地位。但复合材料的高成本成为限制其扩大应用与发展的主要因素，因而复合材料低成本化就成为复合材料技术发展研究的核心问题。本文主要在介绍复合材料在直升机制造领域的广泛应用的基础上，对复合材料的低成本制造技术进行介绍。
1 复合材料在直升机结构中应用
直升机具有的飞行高度低、速度慢，无气动热问题，载荷相对较小等特点，为直升机结构采用复合材料设计提供了得天独厚的条件。直升机采用复合材料不仅可减重，且对于改善直升机抗坠毁性能意义重大，因而复合材料在直升机结构中应用更广、用量更大，不仅机身结构，而且由桨叶和桨毂组成的升力系统、传动系统也大量采用树脂基复合材料。目前相继出现了全复合材料的机体，据报道S-75，MD-900，D292、波音-360，PAN-2， V-22，N11-90和BR-117等直升机均属全复合材料机体。美国的RAH-66（科曼奇）武装直升机的机身蒙皮、舱门、中央龙骨大梁、整流罩、旋翼等结构均由复合材料制造，其复合材料用量达到了总重的51%，是目前世界上使用复合材料最多的实用直升机。我国在这方面虽然起步较晚，但仍取得了不俗的成果。国产Z9型直升机的复合材料用量达到了总重的25%，其旋翼、涵道垂尾、尾桨叶、机身等部件均由复合材料制造。
在直升机产业应用最为广泛的复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP），其具有比重小、比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性好等优点。近年的发展趋势是发展液态成型纺织复合材料和非热压罐成型技术，即低成本制造技术。芳纶纤维复合材料（AFRP）拉伸强度高、弹性模量高、比重小、热稳定性高、耐介质性能好，其防护性强，可作为武装直升机的复合装甲材料，是近年来国外学者研究的重点。现已研制出“光谱屏蔽”材料，这种由光谱纤维及芳纶纤维增强的复合材料已经在国外军用直升机制造领域得到了应用。光谱纤维是一种高强度、高模量的聚乙烯纤维，用其制成的编织物能迅速消散发射中产生的能量，它的比强度为钢的10倍，比重0.97。其作为一种轻质高强的直升机装甲系统材料，用于一系列军用直升机型号中，如美国陆军“黑鹰”的地板及座椅装甲及“科曼奇”的部分部件。
2 复合材料低成本制造技术
虽然应用复合材料可大大降低直升机机体重量，提升直升机性能，但复合材料构件制造成本远远高于铝合金构件的事实依然是制约复合材料在直升机领域广泛应用的最大障碍。因此研究开发复合材料低成本制造技术是目前急待解决的关键性问题之一，对直升机产业的发展具有十分重要的现实意义。复合材料的低成本制造技术主要有以下几方面内容。
2.1 树脂传递模塑（RTM）技术
树脂传递模塑（RTM）技术是一种低成本复合材料制造技术，其优点是低压操作、环保、铺层设计灵活性大、生产周期短、后加工少、形成的层合板性能好且表面质量好。但传统工艺的缺点是孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分。针对这些缺点，技术人员做出了相应的改进。改进后的RTM 技术主要包括真空辅助传递模塑（VARTM）、热膨胀树脂传递模塑（TERTM）、树脂膜浸渍成型（RFI）、连续树脂传递模塑（CRTM）、共注射传递模塑（RIRTM）、Seeman复合材料树脂渗透模塑（SCRIMP）和紫外线固化树脂传递模塑（VRTM）等。
2.2 预浸料制备和热压罐成型技术
预浸料制备技术的研究包括降低材料成本和提升自动化程度。现在所应用的夹层预浸工艺不仅提高所制备复合材料的耐湿热性能，还提高了预浸料的生产效率，降低了生产成本，使得应用成本较低的大丝束纤维成为可能。热压罐成型是采用手工铺叠方式，将增强材料和树脂（含预浸材料）按设计方向和顺序逐层铺放到模具上，达到规定厚度后加压、加热、固化、脱模、修整而获得制品。其目的是为了提高制品的密实度和层间粘接强度。
2.3 自动铺放技术
自动铺放技术主要包括自动铺丝和自动铺带技术，其具有高效、低成本的特点，特别适合于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，充分利用材料，并极大地降低了材料的废品率和制造工时，对自动铺放技术研究最早源自复合材料机身的制造。纤维铺放技术解决了应用传统缠绕工艺所产生的缝隙、纤维滑移、厚度无法改变等问题。在大型复杂形面上铺放和压实连续预浸纤维，使得纤维在芯模上的铺放完全在无压力状态下进行。目前自动铺放技术已经得到广泛应用，显著降低了复合材料制造成本。
2.4 电子束固化技术
电子束固化技术是在上世纪九十年代发展起来的一种低成本制造技术，是目前研究最多、最有发展前景新型非热压罐固化工艺，可用于大型大厚度的复合材料构件。它通过高能电子束诱发复合材料树脂基体产生交联反应，从而得到交联密度高的热固性复合材料。该工艺的优点是固化温度低、能耗低、模具成本低，固化过程时间短、速度快、效率高、环境污染小， 并可与RTM、拉挤、缠绕等自动化成型工艺相结合使用，从而使复合材料制造成本进一步降低。
3 结论
先进复合材料在直升机产业的应用和发展很大程度上取决于其加工制造技术，在今后评价直升机竞争力的指标中，复合材料的用量成为重要的衡量指标。而大规模采用复合材料的关键是掌握先进的低成本技术。但现阶段我国直升机产业面临的实际问题是由于国外的技术封锁及技术贮备的严重不足，使我国直升机用复合材料的制造及应用水平与国外还存在相当大的差距，而且这种差距还有不断扩大的趋势。作为我国直升机产业骨干大企业的哈飞集团，应积极创新、不断挑战国际先进水平，为成为国内实力最强的直升机制造商打下坚实的技术基础。
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