A350是迄今為止被認為復合材料用量占全機結(jié)構(gòu)重量比例最大的一種客機，其復合材料結(jié)構(gòu)重量占全機結(jié)構(gòu)重量52%，超過了波音787復合材料結(jié)構(gòu)重量比例的50%。由于復合材料構(gòu)件都比較大，質(zhì)量要求更加嚴格，在設備上、工藝流程上也帶來了許多新的要求，本文即對該飛機的復合材料大型構(gòu)件的制造進行闡述。
機身的復合材料構(gòu)件制造
A350的機身如圖1所示，機頭段（11~12段）和機身前段（13~14段），聯(lián)接后稱為前機身；15段為機身中段，又稱中機身；16~18段為含壓力框的整段，合稱機身后段，其與桶形后罩（19段）聯(lián)接后稱為后機身。機身直徑為5.89m，在A350-900上，3段分別長13m （13~14段）、20m（15段）和15m（16~18段）。
中機身，由6個復合材料板件、地板和隔框等構(gòu)件構(gòu)成。該板件由Spirit AeroSystems 制造。ElectroImpact公司為Spirit公司設計制造了專用于A350機身板件鋪放的雙頭自動纖維鋪放機，該機不但可完成鋪放，而且可執(zhí)行切割動作，能夠完全雙向鋪傾斜且復雜的表面，進給速度達50.8m/min。大型機身壁板鋪絲速度要求高，該機床通過新的設計實現(xiàn)了切割，優(yōu)化進給、絲束路徑等的需要。
機床在殷納鋼陽模上鋪Hexply M-21E碳纖維/ Hexcel增韌環(huán)氧預浸料。所有的15段壁板包含有整體的CFRP桁條，該桁條是采用懸臂類AFP機床制造的二維夾層件（采用MTorres桁條鋪設設備鋪設）。桁條鋪設后放在復合材料壁板槽內(nèi)，在熱壓罐（長為24.4m、寬為6.7m）中進行共固化。
MTorres公司還為Spirit公司提供2臺高5m、長15m的Torresonic UT柱形超聲檢測設備，該設備上裝有Kuka Roboter GMBH(Ausburg德國)的機器人裝置，可同時檢測機身壁板的內(nèi)外蒙皮。檢測完成后，裝上防雷擊的外部銅網(wǎng)，與ESN（電結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡）連結(jié)，然后將復合材料壁板連接到機身框上。
大部分機身框為鋁合金制造（1000型部分隔框正考慮用新工藝BRaF編織結(jié)構(gòu)制造復合材料隔框）。此外，艙門椽為鈦合金，框和椽使用自動設備連接。
2 前機身[2]
13~14段由4個復合材料板件加上地板構(gòu)件、隔框等構(gòu)成（圖3）。該復合材料板件由德國Nordenham的premium Aerotec空客公司生產(chǎn)。這4個13m長復合材料板件，其所用材料，技術(shù)標準、工藝方法與15段相同，只是尺寸不同。最大的是前機身右側(cè)板件，面積為93m2。4個板件和地板構(gòu)件組合后進行超聲、修正、鉆孔，完成機加工序后運到Saint-Nazaire工廠，與在法國Aerolie制造并運到此處的機頭部件（11~12段）對合成為前機身，圖4為機頭部分（11~12段）。
該機頭在法國的空客Aerolia工廠制造，Aerolia為制造該機頭，建立了5個制造區(qū)：1個530m2的鋪層清潔間；一個7m×14m的熱壓罐；一條表面處理生產(chǎn)線；超聲檢驗區(qū)；裝配區(qū)。
3 后機身[2-3]
機身16~18段在德國的Ausburg生產(chǎn)，也是4個復合材料板件組合，工藝流程基本和中機身一樣。漢堡是空客A380主要部件的生產(chǎn)區(qū)，有強大的復合材料構(gòu)件制造能力。在漢堡完成系統(tǒng)件安裝后也運到法國到圖盧茲總裝廠。
19段在西班牙的Illescas生產(chǎn)。 后機身段（16~18段）與后機身桶子段（19段）對接成后機身。后機身桶子段和波音787機身生產(chǎn)方法類似，在纖維鋪放機上鋪設。
后機身的壓力框和地板構(gòu)件均在德國的空客Aerotec工廠生產(chǎn)。壓力框用CFRP制造，其工藝方法VAP(Vacuum Assisted Process)是一種抽真空滲漬工藝。這是該公司發(fā)展并取得專利的一項專用于制造壓力框的技術(shù)，已在A380、A400M和波音787中使用。其特點是將纖維布剪裁縫合或纖維絲編織成產(chǎn)品形狀，鋪放在工裝上進行密封，將外部的樹脂熔化，真空抽入，開發(fā)了一種專用的微孔薄膜，隔離空氣，可進熱壓罐也可不進熱壓罐，是制造出的產(chǎn)品孔隙率低，纖維含量高的一種工藝方法。這也屬于熱壓罐外固化（Out of Autoclave，OOA）工藝的一種。
機身龍骨梁雖然主要受力件用了鈦合金結(jié)構(gòu)，但該梁尺寸為16.6m×4.0m，重為1180kg，復合材料件仍占70%。
機翼的復合材料構(gòu)件制造[2-4]
1 前翼梁制造
A350的前翼梁是長為31.2m的結(jié)構(gòu)件，是Spirit公司制造的最大的梁，也是Spirit公司制造的第一個全復合材料梁，該梁從翼根到翼尖由3部件組成，即長為7m的內(nèi)側(cè)梁、長為12.7m的中梁和長為11.5m的外側(cè)梁。梁的制造是采用100層碳纖維增強塑料，從內(nèi)側(cè)梁根部的寬1.8m處逐漸過渡到外側(cè)梁翼尖的寬0.3m處。
M Torres公司是Spirit開發(fā)梁生產(chǎn)能力的關(guān)鍵合作伙伴。公司的自動纖維鋪放系統(tǒng)相比于普通臺架式或柱式機床具有更大柔性和生產(chǎn)率。據(jù)報道，這些AFP系統(tǒng)鋪設速度高達60m/min，遠高于以前的速度，使梁生產(chǎn)工藝經(jīng)濟可行。M Torres公司已經(jīng)向GKN航宇公司交付一臺類似設備，用于生產(chǎn)A350后翼梁。這些機床是為實現(xiàn)沿著梁的邊緣嚴格的U形幾何形狀而開發(fā)的，因為在按45°角鋪設到90°彎角時，梁的邊緣容易產(chǎn)生許多問題。機床頭還可以承受高溫和更大壓力，適用于低粘度Hexply材料，即用于鋪疊與機身壁板的同樣M21-E增韌環(huán)氧預浸料。每臺M Torres機床可以同時在殷鋼芯軸上鋪2個長為15m的梁，然后轉(zhuǎn)移到熱壓罐中進行固化。
固化梁要使用自動臺架TORRESONIC UT檢測儀進行質(zhì)量檢查，該檢測儀的檢測范圍長為15m，寬為2 m。MTorres公司制造框架和裝上通用機器人，機器人由德國Kuka Roboter GMBH (Ausburg 德國)公司提供，電子設備由Techaton(Madrid 西班牙)供應。完成的梁部件運到Spirit公司位于蘇格蘭的Prestwick工廠，3段連接到一起，并與固定前緣和其他定位裝置對接，然后交付完整的前緣組件給空客的Broughton工廠進行機翼總裝。
2 后翼梁制造
后翼梁在GKN（Reddich Worchester英國）生產(chǎn)，MTorres公司提供了類似設備。由于該梁要和固定后緣對接，并要承當來自動翼的力，該公司除了制造梁以外，還負責將GE公司制造的固定機翼后緣（FTE）固定到后梁上。并進行最后檢驗，合格后重新將固定后緣分解，以便運輸。
后梁包括3段，每段長為10m，最重要的是內(nèi)側(cè)的那段梁，重約500kg,其根部層壓達25~30mm厚，中段梁重為150kg，最外的一段重為100kg。
每段梁都用纖維鋪放機鋪設，用殷納鋼模具。桶形的，固化后切成2個C形梁。材料是Hexcel的碳纖維環(huán)氧預浸料M-21E。帶寬為16px。前面已經(jīng)提到所用鋪放機也是M.Torres提供的，五坐標自動控制，模具固定在轉(zhuǎn)動心軸上鋪設。機器可按要求自動控制鋪放厚度。鋪設完后的熱壓罐固化和檢驗同前梁一樣。
3 機翼上板件制造
機翼上部蒙皮在空客德國漢堡總部所屬的空客Stade工廠生產(chǎn)，此處工房面積為30000m2,不但可鋪碳纖維帶，還第一次開發(fā)了玻璃纖維的鋪設，該機翼板件31.6m×5.6m,所用熱壓罐是當前世界上技術(shù)最先進直徑最大者之一，能同時固化2個板件。該熱壓罐據(jù)說直徑是8m,而空客在制造A380時所用熱壓罐直徑為6m。
除鋪制機翼板件蒙皮外，該廠還生產(chǎn)用于該板件的長桁，為此該廠建了一條140m的生產(chǎn)線。在質(zhì)量控制方面，引進了適用于該板件CFRP內(nèi)外表面同時檢查的的檢查系統(tǒng)。對邊緣的修整用水切割。在工房里建立了自動運輸系統(tǒng)。
該全套設施也用于A350垂尾的制造。
4 機翼下板件制造
機翼下板件在西班牙Illescas 生產(chǎn)，所用技術(shù)條件、標準、工藝流程、設備與上板件一致。
上下機翼板件完工后均運至Broughton（英國）進行機翼裝配。 Illescas還同時生產(chǎn)A350機身19段。
5 機翼固定后緣制造
機翼固定后緣由GE公司生產(chǎn)。后緣是蜂窩結(jié)構(gòu)，原用Hexply8552預浸料膠接蒙皮和Hexcel蜂窩芯子Hexweb HRH-36,該芯子由Hexcel下料機加后交到GE公司?，F(xiàn)在UMECO公司根據(jù)GE的要求開發(fā)了OOA的MTM-44-1預浸料，該新材料的特點是密度低，預制品密封袋裝好后，抽真空并加溫，130℃時開始固化，180℃時固化完成。揮發(fā)氣少、孔隙率低。由于不需加壓，可以不進熱壓罐，節(jié)約造價。
6 機翼前緣制造
機翼前緣在英國蘇格蘭 Spirit Aerosystems Europe的普雷斯蒂克工廠設計制造，部份零組件安排在其在馬來西亞Subang工廠生產(chǎn)（如下板件）。該前緣長接近32m,其中50%是碳纖維構(gòu)件。
7 中央翼制造
中央翼由EADS在Nante（法國南特）的工廠生產(chǎn)，40%的碳纖維（CFRP）件。翼盒長為6.5m，高為3.9m,表面面積為36m2,其板件是Nante生產(chǎn)過的最大復合材料件。技術(shù)標準、工藝流程、工藝方法基本和機翼部分一致。中央翼完工后運至法國St Nazaire,在那里和機身對接。
8 襟副翼制造
襟副翼也主要是復合材料結(jié)構(gòu)。GKN公司承擔為A350制造襟翼，該合同在德國幕尼黑簽訂。GKN又將承包的外襟翼轉(zhuǎn)包給荷蘭Stork Fokker公司生產(chǎn)，F(xiàn)okker公司在Papendrecht制造外襟翼。內(nèi)襟翼即由GKN在Bremen生產(chǎn)。
9 尾翼制造
空客德國Stade分部承擔了A350尾翼的設計工作，并承擔垂直尾翼的制造。尾翼整個是以碳纖維（CFRP）為主。Stade擁有強大的復合材料構(gòu)件制造能力，除承當A350機翼上板件生產(chǎn)外還有足夠的實力（包括設備）來完成垂尾制造計劃。 西班牙的 Puero Real于2011年開始制造A350的水平尾翼，該處擁有強大的自動鉆孔設備和鋪放能力以及無損檢測能力。
尾翼的方向舵，升降舵即通過西班牙安排在哈爾濱哈飛與空客合資的企業(yè)生產(chǎn)。該合資公司配備了鋪帶機及有關(guān)的檢驗設備。
結(jié)束語
A350的制造分工比較復雜，其第一供應商參與總體設計并承包分工部件的整個部件設計，除自己承當部分制造任務外還將部分制造工作外擴到第二承包商，甚至還有第三承包商，但第二承包商以下都不再有設計權(quán)限。
總的情況是前機身在德國總成，中機身在美國總成，后機身也在德國總成，機翼在英國總成，尾翼在西班牙總成，中央翼在法國總成，這些總成單位就是當然的第一承包單位。最后都交到法國圖魯茲進行總裝配。
總之，復合材料在飛機上的應用正日益增大，A350中52%的占有量雖是空前，但決非絕后。A350在鋪帶鋪絲工藝上比A380又有許多突破。從當前復合材料構(gòu)件制造來看，全工藝過程必須緊緊抓住鋪放（鋪帶或鋪絲）、機加銑切、鉆孔、無損超聲幾個主要環(huán)節(jié)，縫合技術(shù)在機身后壓力框等部件中已開始采用。隨著A350-1000型的開發(fā)還正在研究一些更新的技術(shù)使用。
值得一提的是，空客還在考慮繼續(xù)擴大復合材料使用范圍，例如將發(fā)展的1000型，總長將比900型長7m,要增加 11個隔框。要減少由于增加隔框而相應增加過多重量，他們準備用BRaF (Braided Frame）即隔框編織法來制造這些復合材料隔框。其過程就是將干纖維帶通過編織預成型件和機身直徑相同的預成型件，然后注樹脂，固化后修正成為框的成品，而不再通過預浸帶來鋪設。此外還在研究用FPP（Fiber PatchPerform）,是一種干脆用纖維絲束小片的預成型法，它通過機械手來安放微小的補片，注入樹脂制造零件，并用于零件（如窗口邊緣）的局部加強，下一步計劃是準備用于制造復合材料長桁的預成型件，使重量更輕、成本更低。而有關(guān)這些新技術(shù)所需新設備的充實和現(xiàn)代化又是個重要問題。
來源：復材應用技術(shù)