4 网格缠绕技术

复合材料网格结构又称为先进格栅增强结构(AGS)，与已有的铝合金格栅结构相比，提高了结构的比强度和比模量，大幅度提高了结构效率，增加了有效载荷，同时增强了结构的抗腐蚀能力，而且可以利用自动化制造方法降低成本，最为突出的是增加了结构设计、制造的灵活性，已成为制造复合材料高性能结构件的新途径和新方法。

先进格栅增强结构由于其突出的综合性能优势而受到普遍重视,NASA Langley 研究中心的研究人员把先进格栅增强结构技术列入未来航天结构技术发展的六大方向之一的低成本结构技术之内；美国空间实验室把AGS技术列为迎接未来空间系统技术挑战的四大结构技术之一, 并且指出了这项技术未来在航天器燃料储箱、机身等大型复杂部件应用的广阔前景[10]。俄罗斯CRISMB 提出的应用对象包括级间段、内压容器、有效载荷适配器、运载飞船整流罩、飞机中机身舱段、翼盒、直升机垂尾梁、空间望远镜镜身以及建筑结构等[11]。

目前，复合材料网格结构一般采用手工铺放成型工艺和湿法缠绕工艺。手工铺放工艺需要加压釜进行固化，故其产品空隙含量低，纤维体积含量易于控制，但生产成本较高，成型过程中纤维张力不宜控制；湿法缠绕工艺成型过程中树脂含量不易控制，制件纤维体积含量低，成型过程中废料率高，但成本低，尤其是纤维张力易控制。航天材料及工艺研究所基于复合材料网格缠绕成型系统，开展了回转体网格结构干法预浸丝自动缠绕技术研究。根据柱形网格结构的特点，解决了网格结构小角度缠绕成型的问题；根据缠绕成型试验的实际工况，对缠绕机张力系统及张力控制制度进行了技术改造和工艺优化；初步实现了柱形舱段矩形和三角形网格的自动化缠绕成型，并对成型构件的轴压性能、筋条拉压性能、网格筋条与蒙皮界面剪切性能、网格单元压缩性能等进行了评价研究。

5 自动铺丝技术

自动铺丝技术（纤维铺放技术或自动丝束铺放成型技术）是在纤维缠绕技术和自动铺带技术的基础上发展起来的一种独特的复合材料全自动化成型技术。它融合了纤维缠绕成型中的预浸纱（窄带）输运技术和自动铺带成型中的压力铺放、切断和重定位技术，使其具有更高的优越性和适应性。自动铺丝技术克服了缠绕技术“周期性、稳定性和不架桥”和自动铺带“自然路径”的限制，可以实现连续变角度铺放和变带宽铺放[12-13]。因此，自动铺丝技术可用于复杂型面复合材料构件的铺放成型，并可以对铺层进行裁剪以满足局部加厚/ 混杂、铺层递减及开口铺层等多方面的需要，其典型应用构件有整流罩、燃料储箱、进气道、机身等[14-18]。

目前，国内自动铺丝技术用材料体系、工艺应用研究薄弱，尚未实现工程应用。航天材料及工艺研究所、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、航空制造工程研究所等单位已在此领域开展了相关研究，并对铺丝成型工艺进行了试验研究[13,19-20]。

航天材料及工艺研究所以典型曲面结构复合材料构件自动铺丝成型为应用对象，开展了热熔法预浸丝直接浸渍制备技术研究和热熔法预浸丝分切制备技术研究，突破了自动铺丝用预浸丝分切技术；联合国内相关单位开展大型卧式自动铺丝机研制及配套软件开发，已完成了铺丝机及关键部件铺丝头的设计工作。

结束语

新型航空航天器的先进性标志之一是结构的先进性, 而先进复合材料是实现结构先进性的重要物质基础和先导技术。我国大型复合材料制造技术现状严重制约了航天型号的顺利研制，急需突破复合材料自动成型技术中的材料、装备、工艺等方面的重大、关键、共性技术，提升我国复合材料设计制造水平。航天材料及工艺研究所以复合材料自动化成型技术的工程应用为目标，坚持自主创新，在复合材料自动化成型领域取得了阶段研究成果，部分研究成果已在型号生产中工程应用，初步形成了涵盖自动下料与激光铺层定位、自动铺带、纤维缠绕、网格缠绕和自动铺丝等多种复合材料成型技术研究体系。

要以我国航天技术发展需求为牵引，以提高自身制造水平、工艺水平为目的，积极发展复合材料自动化和数字化制造技术，形成集设计技术、材料技术、成形工艺、性能表征和质量控制技术一体化的复合材料技术体系，进一步提高大型复合材料构件制造效率和质量，推动超大型复合材料结构在航天领域的应用推广，为航天型号的研制提供有力的技术支撑，提高国产高性能材料技术自主保障能力。