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美国复合材料大重型军用运输机的发展
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( `; e* s6 z8 n' d; {0 L5 t9 z来源：复材在线3 R6 W; c, I) A6 a% s4 U/ D
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( o* K$ p3 @- o2 JJohn Russell博士的报告表示，高级复材货运飞机项目一次飞行的成功完成，复合材料技术可对飞机未来的发展产生整体影响。
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虽然美国国防部发起的“低成本复合材料计划”（简称CAI）①证实在制造大型、综合的航空航天结构复合材料是成功的，但是在军事系统中，未能达到广泛应用。迄今为止，CAI项目中，唯一被用于飞机上的“硬件”只有C-17运输机主起落架舱门②。CAI小组一致同意，应在此基础上大利发展相关研究项目，以增加军用航天领域对他们的信心。
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- v: Q3 j+ W: b! N8 n2006年，CAI团队赢得了一次发展军用飞机合作的机会。时任美国空军秘书长的Michael Wynn被委派至空军研究实验室（AFRL），为如何利用有限的资金（不足1亿美元），建立一个完整复合材料军用运输机可行性的问题上提供发展建议。当时规定，在签订合约的18个月之内，确保飞机成功首飞。 0 B2 h( F% Q2 f& h
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我曾经带领过AFRL的CAI团队，看到了这个项目带给这个团队巨大的发展机遇：不但能够充分展示高级复合材料先进的设计理念，而且能够证明复合材料能够有效降低成本和缩短工时。这两点在先进的作战方案中是必不可少的因素。 $ R! U' a9 j+ q# H
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) ^5 Z& o Q) Q6 U接下来，AFRL资助针对波音，洛克希德马丁和诺斯罗普格鲁门进行可行性研究。AFRL在2007年1月发布了“广泛机构公告（BAA）”，要求提案先进复合材料运输机（ACCA）项目。BAA向投标方提出“用有限的资金完成该项目”，因为招标方只提供有限的资金5千万美元；“快速的完成该项目”，因为飞机被要求在2008年10月实现首飞；第三是要求使用先前成功或类似的CAI复合材料技术进行生产。站在联邦航空局（FAA）③的角度考虑，这个飞机项目将不仅仅是一个简单的订购行为，而是一个真正的概念演示。将长久以来复合材料应用于运输机的理念变为现实。C-130运输机④，是将设计理念和运载能力与军事用途最佳结合在一起，包括：
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1、能作高空、高速远程飞行。至少740公里/小时的巡航速度。 7 A y6 p0 o$ }
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2、具备中空、中速飞行和近距离运输能力，可在前线强行着陆并能在野战跑道上起落。 ! v9 c4 U3 t8 S8 m, l# m# j- g$ j& S
( A7 P& N. T3 }6 X3、改型多样，用途广泛。C-130型可按需要运送或空降人员以及空投货物，返航时可从战场撤离伤员。经过改型后，还可用于高空测绘、气象探测、搜索救援、森林灭火、空中加油和无人驾驶飞机的发射与引导等多种任务。 ' {( R; o; P/ B0 Y
/ f( ^+ q: X/ ^' MAFRL收到了ACCA的九项极具美国航空业代表性的提案。在这九项提案中，AFRL采纳了七项，剩下的两项分别被Aurora Flight Sciences公司和洛克希德马丁公司选用。接下来需要他们提交一份第一阶段的详细计划，飞机将受到新型复合材料机身和尾部组建，以便满足大型货物运输需求。Aurora Flight Sciences公司提议安托諾夫An-72运输机⑥可装备新型复合材料机身，机翼和尾翼。洛克希德马丁公司建议多尼尔Do-328J运输机⑦ 重新装配复合材料机身和尾翼。虽然在当时这两个概念都被认为是可行的，但是显然后者的风险更小。因此，洛克希德马丁公司被授权进行第二阶段的制造、装配工作。并于2008年9月30号进行飞行演示工作。
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洛克希德马丁公司随后对多尼尔运输机进行了拆解工作，针对ACCA项目，对多尼尔的驾驶舱，飞行控制器，发动机，子系统和许许多多其它重要的组件进行了重新开发利用。飞机被进行了重新设计，全复合材料机身；复合材料垂尾；复合材料货物装卸舱门；坚固的主起落架和舱门。
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先进复合材料集团提出了机身19.8米的上下蒙皮部分采用了“三明治”夹芯设计理念，并提供无需高压釜处理工艺碳/环氧预浸料。先进复合材料集团采用了Janicki工业公司提供的低成本、短时间制备的复合材料模具生产该原料。其固化温度为177°C。机身蒙皮芯材由Hexcel公司提供，非金属HRH-10型夹芯产品。这些大型、综合性的部件是迄今为止对MTM-45-1型材料最大规模的应用。玻璃纤维隔层被放置在碳纤维复合材料部件和铝合金部件之间，防止接触腐蚀。上下部分的机身连接处采用了Cytec Engineered Materials 公司生产的FM-300型胶黏剂，然后再进行固化程序。与传统金属机身相比，应用这种机身制造方法，只采用的十分之一零件的数量和减少了98%紧固件的使用。
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3.8米长的垂尾采用了Hexcel公司生产的IM7/977-3复合材料预浸带。垂尾蒙皮在高压釜内预硫化，同时框架和桁条也被预硫化处理后，将这些部件组装到一起。 ! a& d$ I( e0 R; J" h! `$ H7 @1 ]" S
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阶段二共计花费了10个月的时间完成了新型机身和垂尾的研发、制造工作。这种快速制造和装配程序得益于OOA复合材料和CAI对大型、综合结构的设计理念。减少了在设计，规划，制造，校准，采购等等工序上的劳动时间。另外，由于减少了90%零部件应用，大大节省了生产和安装的时间，包括减少了钻孔安装紧固件的工序。 : z2 o* s& R p3 G6 h0 R& v
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( F/ V* k$ O0 g机身装配工作完成后，2008年12月份完成了机身结构测试。测试结果与先期估算的完全一致。2009年5月，ACCA的首架飞机（X-55A的前身）成功飞向空中，虽然比计划时间晚了9个月，使计划单面临新的挑战，但是，对于技术上的目标却全部实现了：大型综合复合材料结构的确能够满足军事用途的目标。同时，不但飞机的大小与C-130接近，而且造价也与政府投入的5千万美元相差无几。 |
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发表于 2010-6-14 16:45:26
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