波音787客机的复合材料国际化制造
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【摘 要】综述了复合材料在波音787客机上突破性创新应用的情况.表明作为全球第1架复合材料质量分数达到50％的飞机,波音787在复合材料的使用方面有很多独到之处,这些独到之处不仅仅体现在各种新材料及先进成型工艺的使用上,更体现在其先进的国际化制造理念上.同时,深入解析了波音公司国际化制造的管理模式,结合波音787制造过程中遇到的问题,分析了这种管理模式的优缺点.%In this Paper, the author summaries innovative applications for composite technology in Boeing 787. Boeing 787 is the first aircraft to u 50% composites. What is unique about it is that it not only applies new materials and advanced molding technology, but also advanced international manufacturing ideal. This article, starting with Boeing 787's u of composites, investigates the management pattern of Boeing Company for international manufacturing. It also analyzes the merits and demerits of this management pattern with regard to the existing problems in the process of manufacturing.
【期刊名称】《高科技纤维与应用》
【年(卷),期】2013(038)002
【总页数】5页(P57-61)
【关键词】波音787;复合材料;国际化制造;管理模式
【作 者】周雷敏;孙沛
【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095
【正文语种】中 文
【中图分类】V258;V262.34
1 波音787客机的理念
波音787客机被波音公司命名为“梦想”（Dreamliner），这不仅寓意着该型客机满足乘客追求未来更安静和更舒适航空旅行环境的梦想，也可理解为满足航空公司客户创造低成本、高性能产品的梦想，还可以认为是波音公司通过不断的技术和管理模式创新而实现在民用航空领域领先地位的梦想[1]。
世界民用航空制造领域只有两个重量级参与者—波音和空客，彼此始终都扮演者各自死对头的角色。经历了波音737与空客A320、波音767与空客A330等机型的对决后，在这个世纪之交，空客开始投入巨资，开发拥有550 个座位的“空中巨无霸”A380。空客开发A380客机的主要理念是，实现枢纽城市之间的集中运输，保证每次飞行可以携带更多乘客，并为乘客提供更舒适的空间，同时减少了飞行次数，人员和燃料成本也将随之下降，从而为航空公司节约成本。而波音公司则选择了与空客截然相反的道路：开发为更多机场服务的相对较小的飞机，使航空公司可以提供更多的目的地直航服务。因此，波音瞄准了需要更换日益老化的中型飞机的航空公司，并在经济成本、舒适度、环境保护等方面下功夫，力图实现自身与航空公司和乘客的“三赢梦想”。
为了减少航空公司的经济成本，波音787力图做到比当今其他同尺寸飞机节约燃油20%，而这通过采用新型大涵道发动机、更多使用树脂基复合材料、更高效的系统和先进的气动性能的来实现[2]，同时飞行过程的污染物排放也得以减少。GEnx或者瑞达1000发动机分别通过大量采用复合材料结构[3]和提取中压转子功率等一系列技术改善燃油经济性（据分析，先进发动机的运用占到节约燃油20%贡献的8%）和降低噪声；复合材料使用占总结构质量分数的50%，不仅减轻了机身的质量，而且提高了飞机的抗疲劳和抗腐蚀性能，这使
得该型飞机的外场维护间隔时间达到1 000 h，D检验时间从波音767和A330服役后的6 年推迟到12 年[4]；取消了传统的气源系统，全飞机的能源均来自于APU变频发电机组，电子系统中大量采用与因特网相兼容的系统和网络技术，飞行系统全部采用电传操作，刹车系统同样采用电驱动[5]，一系列的系统革新不仅使波音787成为实际意义上的“全电飞机”，而且大大改善了飞机的操控、燃油等性能；继承与“音速巡航者”设计的部分气动布局，有利于搭载更多的货物。
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大扫除在提供给乘客舒适和便捷的旅行感受方面，波音787舷窗取消了遮光板，并采用“电致变色可调光”玻璃，可任意调节光线强度；在头等舱和经济舱之间设计了一个极富家居风格的过渡空间；采用LED系统照明，能柔和地模拟昼夜的自然光亮；采用新型空气过滤系统，以更多地除滤有害气体[6]；采用无线WIFI机上娱乐系统而不是有线系统，座椅的椅架采用预制尺寸的俯仰调节垫。
2011年9月26日，经过多年的研制和试飞，号称世界上最环保和最低耗油的波音787终于开始交付使用。首架波音787-8客机于当地时间9月26日上午，在位于美国西雅图的埃弗雷特波音工厂交付给波音787的启动用户—日本全日空航空公司。
2 波音787客机的复合材料使用情况
波音787 复合材料构件质量占整个飞机结构质量分数的50%，是在空客A350使用之前复合材料用量质量分数最大的一个机型，该机整个外廓除发动机吊挂等少数构件外，几乎全部采用复合材料制造，并且在主承力结构也广泛使用复合材料。在机身、尾翼采用了碳纤维层合板结构；升降舵、方向舵等活动面采用了碳纤维层合板夹层结构；整流罩部位采用了玻璃纤维层合板夹层结构。驻扎的意思
入学申请表2.1 波音787的复合材料设计与选材归元寺
复合材料在飞机上的应用遵循由小到大和由简到繁，由次承力结构到主承力结构的原则。在AC20-107A、B（FAA复合材料结构设计安全性要求）的所有内容得到了航空领域特有的积木式验证[7]，大量的数据在军用飞机上得到积累后，波音公司更有底气将复合材料广泛应用于大型民用客机上（因安全性要求更高，而在选材设计中更加保守）。目前，国外大飞机机翼多采用全复合材料整体壁板和翼盒结构布局为双梁多肋结构，波音787机翼壁板正是采用“工”字加筋梁结构，机翼长达30 m，机翼壁板成型选用胶接共固化成型的方式，先固化筋条，再和蒙皮定位组装后进行固化胶接[8]。
可爱的英文网名在综合了ATCAS（Advanced Technology Composite Aircraft Structure）和SMSS(Smart Material/Structure System)项目对壁板组合机身结构设计方案的验证结果，波音公司大胆采用了整体筒壳机身结构设计，这样即大大减少了连接件，同时机身的气密性和疲劳、耐腐蚀性能也得到了保证[9]。
从选材的方面来看，波音787采用目前世界上最先进的第3 代增韧环氧树脂复合材料3900/T800S，以及1 批新开发的复合材料中间产品，如8552/AS4、HexMC、RTM6/碳纤维织物等，3900系列为热塑性增韧的环氧树脂，T800S碳纤维则是东丽公司的改进成果，即大丝束，用于代替波音777上采用的T800H。大丝束纤维的生产效率更高，来源更广泛，且不降低波音公司对主承力结构预浸料制定的BMS8-276规范的力学性能要求[10]，而大丝束碳纤维原来则多用于工业、建筑、风电等领域，在航空领域的应用较少。Hecxel公司开发的HexMC因具有结构性能好、净成型好、疲劳性能优异、密度低等优点，被选为波音787窗框结构用料。这是一种模塑料的改进，采用准各向同性的模塑成型预浸料。
努力的故事2.2 波音787的复合材料制造
波音787的复合材料制造技术，涵盖了复合材料制造从最简单原始模压到当今最前沿的自
动铺丝、纤维编织等技术，可以说，一架波音787可以全景展示复合材料制造技术的昨天、今天和明天。
HexMC作为片状模塑料的改进，最适合的成型工艺就是模压，其做出来的模压件棱角分明、抗疲劳性能良好和抗腐蚀。Nordan公司采用模塑材料制造波音787的窗框，并需要将制造号的窗框成品分送给机身生产的各家工厂安装到机身上 [11]。
波音787的中央翼盒、主蒙皮以及后机身前段等多个结构，都采用了适合于大型平面（或者曲率不算很大的曲面）结构的自动铺带-热压罐工艺。机身的47 段由位于美国德克萨斯州的Vought Aerospace工厂生产，使用的自动铺带机由辛辛那提公司生产。其他机身段则分别由Alenia Aeronautics（意大利）、川崎重工（日本）、Sprit Aerosystems（美国）以及Winnipeg（加拿大）工厂生产，并根据制件的曲面要求分别采用自动铺带或自动铺丝（该技术更适合于大曲率或者型面复杂结构的铺附）设备生产。
