F35复材蒙皮钻孔3——F-35复材蒙皮钻孔技术-1

本文摘要（由ai生成）：

本文主要介绍了 F-35 闪电 II 战斗机的复合材料蒙皮制造技术。文章指出，在 F-35 上紧固所有复合材料蒙皮需要经过成本效益优化的机械加工和钻孔技术。同时，文章还介绍了洛克希德·马丁公司在制造 F-35 时所面临的挑战，包括管理飞机的复合材料蒙皮厚度等。此外，文章还提到了 F-35 的复合材料结构，并指出复合材料蒙皮厚度的一致性对于 F-35 的重量、性能和成本至关重要。

在 F-35 闪电 II 上紧固所有复合材料  蒙皮需要经过成本效益优化的机械加 工和钻孔技术。

与 PCD 工具的 275 孔寿命相比，这种 AMAMCO 金刚石涂层钻孔工具提供了 1200 孔的使用寿命。

这架 F-35 在沃斯堡工厂内的洛克希德·马丁航空公司装配线上等待着碳纤维增强蒙皮，该蒙皮将包裹成品 飞机的机身和机翼。

一个自动钻孔系统钻制了 1500 个孔中的一个，这些 孔将容纳 F-35 前机身前部的紧固件。

常规起飞和降落的 F-35 CTOL

DST 加工中心去工艺补偿（sacrificial）材料，以帮助 F-35 蒙皮达到公差目标。

钻头特写

AMAMCO 的新型金刚石涂层刨槽工具。

F-35 的机翼蒙皮在离开 DST 加工中心后放置在其工具上。蒙皮上的一些孔是由加工中心使用 AMAMCO 的专用钻孔工具钻孔。

奥尔巴尼公司自动铺放 F-35 机翼蒙皮。

当奥巴马政府今年早些时候宣布将从 2010 年美国 国防部预算中削减 F-22 战斗机项目时，洛克希德  · 马 丁航空公司位于德克萨斯州沃斯堡的工厂员工的情绪  是又苦又甜。这个洞穴状的工厂长 1 英里/1.6 公里，宽 0.25 英里/0.4 公里， 不仅是 F-22 的组装点， 也是即 将推出的 F-35 闪电 II 的组装点。

从预算角度来看，国防部对 F-35 或联合攻击战斗 机（JSF-Joint Strike Fighter ）的偏好是可以理解的。与 F-22 的 1.43 亿美元相比， 其 8300 万美元的飞 行成本（取决于变种） 相对便宜。洛克希德 · 马丁公 司计划在 2036 年前交付 3000  多架 F-35，而与成本分 摊伙伴国的共同开发确保了很长的订单。

与空对空 F-22 不同，F-35 是一种多用途飞行器， 专为美国飞行员未来更可能面临的空对空和空对地作  战而设计。多用途设计使 F-35 具有很强的适应性。它 有三种变体：用于常规起飞和降落（CTOL- conventional takeoff and landing）的 F-35A、用于短距起飞和垂直降落（STOVL-short takeoffandvertical landing ）的 F-35B 和用于舰载降落（CV-carrier-based landing）的 F-35C。多用途能力使其能够 取代美国的 F-16 、A-10 、AV-8B 和 F-18，以及英国的  Sea Harrier 和 GR.7。在美国，它将补充现有的 F-22 和 F-18E/F 机队。从制造的角度来看，这些变体在超过20%的机身结构上具有共同的设计，从而降低了项目成 本。

十多年发展

洛克希德 · 马丁公司是 F-35 的主要承包商， 于2001 年 10 月中标。诺斯罗普 · 格鲁曼公司和 BAE 系 统公司是该项目的主要合作伙伴。这三家公司已经完 成了为期 12 年的系统开发和演示（SDD- System Development and Demonstration ）阶段的一半以上，其 中包括 19 架飞机的生产和测试。复合材料一直是制造  业的主要组成部分。诺斯罗普 · 格鲁曼公司在其位于加利福尼亚州帕姆代尔的工厂制造中心机身； BAE Systems 在其位于英国萨姆斯伯里的工厂生产后机身和 尾翼，ATK（犹他州麦格纳）生产机翼蒙皮； 洛克希  德 · 马丁公司在沃斯堡制造前机身并总装成品飞机。第一架 F-35 是一种 CTOL  变体，于 2006 年 12 月 15  日 首次飞行。所有 SDD 飞机都在生产中或在飞行线上进 行测试； 首批 14 架生产型 F-35  已经开始总装。

HPC 最近被邀请参观沃斯堡的大型工厂，亲眼目 睹这种下一代战斗机的复合材料是如何成型的。

预算紧张的大工程

制造一种在一定程度上以预算友好的方式销售的 战斗机的挑战之一是， 必须特别注意对飞机的每个部 件进行成本优化。对于 F-35 的碳纤维复合材料来说， 这可能是最正确的， 它约占战斗机结构重量的 35%和 大部分可见表面。由于机身部分、机翼和尾翼来自不 同的供应商，洛克希德公司面临的最大挑战是管理飞 机的复合材料蒙皮厚度。

洛克希德 · 马丁航空公司 JSF 生产运营技术副总  裁 Don Kinard 表示，该公司花费了大量时间评估飞机 框架和蒙皮的各种材料类型—复合材料、铝、钛和钢，以确定最具成本效益的成本效益比。

“我们能制造一架全复合材料的战斗机吗？ ”基纳 德问道。“当然，但我们不会因为可以就采取行动。一切都是成本效益分析。哪里是最有效地使用复合材   料的最佳场所？”他指出，对 F-16 、F-22 和 F-35 的复 合材料结构进行了评估，但没有提供证明成本合理所   需的重量节约。他说：“ 我们需要为复合材料结构节   省更多的重量，以使其有意义。 ”。他还指出，在复   合材料的子结构中， “材料 Z 向特性是个问题。树脂   的强度必须得到显著提高。还有很多需要克服的。 ”

因此，F-35 上的复合材料几乎只用于蒙皮 。 Kinard 指出，洛克希德公司在飞行服务温度允许的情况下，使用 Cytec Engineered Materials（亚利桑那州坦佩市）的碳纤维/环氧树脂， 但飞机的大部分蒙皮需要更高的 耐热性， 其中使用了 Cytec 的 CYCOM 5250-4 双马来酰 亚胺（BMI）。尽管洛克希德公司正在评估新一批用    于特殊应用的热压罐外树脂，但Kinard 预计基质近期  不会发生变化。

它的表皮全部由碳纤维增强塑料制成。大部分机    身部分的基体为 CYCOM 977 环氧树脂，机翼和一些较 热表面的基体为 CYCOM 5250 双马来酰亚胺树脂。 增   强纤维为中等模量碳纤维，主要为Hexcel IM7，抗拉强度为 550-700 ksi。双马来酰亚胺通常比铝具有更好的 耐热性； 根据所比较的特定合金和树脂，环氧树脂的   耐热性不如铝或铝。

在 F-35 的 SDD 阶段， 根据供应商、零件的复杂 性和成本效益，蒙皮部分的生产有所不同。例如，ATK 使用自动纤维放置（AFP） 技术生产许多机翼复  合材料零件。洛克希德公司内部选择使用手工铺放生  产前机身蒙皮。随着 F-35 的投产， 更多的国内和国际 航空航天供应商将参与复合材料部件的生产， 包括阿  莱尼亚航空公司（意大利罗马） 、康斯伯格国防系统  公司（挪威康斯伯格）Terma A/S 公司（丹麦格勒纳）、TAI 公司（土耳其伊斯坦布尔）和其他公司。 “ 我们正在利用全世界在复合材料制造方面的能力， ”基纳德认为。

基纳德表示，他和洛克希德公司的 F-35 复合材料 的大部分精力都集中在管理复合材料蒙皮的厚度上。在某些情况下，这是通过基于仔细计量的复合材料层 的添加和减少来实现的，而在其他情况下， 则是通过 对零件进行机加工来实现的。

基纳德表示，复合材料蒙皮厚度的一致性对于注  重重量、性能和成本的 F-35 至关重要。洛克希德公司及其合作伙伴使用两种方法来确保蒙皮达到厚度目标：机械加工或模具后添加帘布层。在沃斯堡的洛克 希德 · 马丁公司，前机身蒙皮被手工铺在因瓦模具上，并在塔里科公司（加利福尼亚州长滩市） 制造的  三台大型热压罐中的一台中进行固化。随后， 将固化  成层压板的工艺补赏层进行机加工，以控制蒙皮的厚  度。在 ATK，机翼的纤维蒙皮被固化，固化后，蒙皮 厚度使用洛克希德 · 马丁公司制造技术和生产工程人  员开发的工艺进行精确测量。如果需要，在称为 固化  层压板补偿（CLC-cured laminate compensation）的过  程中，将额外的层压板叠起来， 并对整个结构进行第  二次固化。“ 这里的圣杯（Holy Grail） 是控制厚度， ”他说，但他指出，成本决定了这样做的策略。