在航空航天装备向 “高推重比、长续航、高精度” 升级的进程中，大型复合材料构件（如飞机机翼壁板、火箭贮箱箱底、卫星承力桁架）的制造水平直接决定装备的性能上限。这类大件构件需同时满足微米级尺寸精度、超高力学性能、耐极端环境稳定性三大核心要求，传统成型工艺（如手糊、热压罐固化）存在精度控制难、成型周期长、大件易变形等痛点，难以适配航空航天装备的规模化、高质量制造需求。航空航天复合材料精密成型与湿法模压大件制造技术的创新突破，通过 “模具精准控形、树脂浸渍均匀化、模压工艺智能化、全维度性能验证” 的协同创新，实现了大型复合材料构件的 “高精度成型、高性能保障、高效率量产”，为航空航天装备的轻量化升级与性能跃升提供了核心制造支撑。
一、航空航天复合材料大件制造的核心需求与传统工艺瓶颈
航空航天大型复合材料构件的服役环境极端苛刻：飞机机翼需承受气动载荷与起降冲击，火箭贮箱需耐受高压燃料与极端温差，卫星桁架需抵御空间辐射与微陨石撞击。这对构件制造提出三大刚性需求：
超高尺寸精度：大件构件的尺寸偏差需控制在 ±0.1mm 以内，纤维铺层角度偏差≤±0.5°，以保障气动外形与装配精度；
优异力学性能：构件的拉伸强度需≥1500MPa，弯曲模量≥80GPa，孔隙率≤0.3%，抗疲劳寿命≥10⁷次循环，满足长期服役的结构稳定性；
高效低成本制造：单块大件构件的成型周期需缩短至传统工艺的 50% 以下，综合成本降低 30% 以上，以适配航空航天装备的批量交付需求。
传统工艺难以突破上述需求瓶颈，主要存在三大痛点：
精密成型难度大：传统热压罐工艺依赖人工铺层，纤维铺层角度偏差可达 ±2° 以上，且热压罐内温度、压力分布不均，导致大件构件易出现翘曲变形，尺寸精度误差超 ±0.5mm，无法满足航空航天的装配要求；
湿法模压大件树脂浸渍不均：湿法模压工艺的核心是树脂对纤维预制体的充分浸润，但大件构件的纤维体积分数高（60%-65%），树脂难以渗透至预制体内部，易形成干斑、气泡等缺陷，孔隙率高达 1%-2%，严重降低构件力学性能；
成型周期长、成本高：传统热压罐固化周期长达 24-48 小时，且设备投资高达数千万元，单台热压罐的能耗占比超生产总能耗的 60%，大件构件的制造成本居高不下，制约了产业化应用。
二、复合材料精密成型技术突破：精准控形与性能保障
复合材料精密成型技术的核心是 **“模具精准温控 + 纤维铺放智能化 + 在线监测闭环”**，通过全流程工艺优化，实现构件尺寸精度与力学性能的双重提升。
（一）高精度模具设计与温控技术：从源头保障成型精度
模具是精密成型的基础，针对航空航天大件构件的复杂曲面特征，开发 **“数字化建模 - 高精度加工 - 梯度温控”** 一体化模具技术：
模具数字化精准建模：采用三维激光扫描技术获取构件的设计模型，结合有限元仿真分析模具的热变形规律，通过拓扑优化设计模具的筋条结构，减少模具在高温高压下的变形量，模具的尺寸精度误差控制在 ±0.05mm 以内；
模具高精度加工：采用五轴联动数控加工中心，对模具型腔进行铣削加工，表面粗糙度 Ra≤0.8μm，确保模具与构件的贴合度；模具材料选用高强度铝合金或镍基合金，具备优异的耐热性与耐磨性，使用寿命达 1000 次以上；
多分区梯度温控系统：在模具内部嵌入独立温控单元，将型腔划分为核心区、边缘区、拐角区等多个温控分区，每个分区配备独立的加热棒与冷却水道，温度控制精度达 ±1℃。通过预设的温控曲线，实现模具的梯度升温、保温与降温：在树脂熔融阶段，核心区温度略高于边缘区，确保树脂充分流动；在固化阶段，边缘区温度略高于核心区，避免构件边缘固化不完全导致的翘曲变形。
（二）纤维铺放智能化控制：提升铺层精度与均匀性
纤维铺层的均匀性直接决定构件的力学性能，采用自动铺丝（AFP）/ 自动铺带（ATL）智能化装备，结合路径规划优化，实现纤维铺层的精准控制：
铺放路径仿生优化：基于构件的受力分布，通过数字孪生技术模拟纤维铺层的应力传递规律，优化铺放路径：在核心承力区域，采用 0°/90° 正交铺层，纤维体积分数提升至 65%；在非承力区域，采用 ±45° 斜纹铺层，兼顾轻量化与抗扭性能。铺放路径的规划效率较传统人工提升 50 倍以上，铺层角度偏差≤±0.3°；
铺放过程在线监测与闭环调控：在铺放头集成激光测厚仪与视觉识别系统，实时监测铺层厚度与纤维褶皱情况，当厚度偏差超过 ±0.1mm 或出现褶皱时，系统自动调整铺放速度与压实压力，确保铺层均匀性；同时，通过张力控制系统，将纤维的铺放张力偏差控制在 ±5% 以内，避免纤维因张力不均导致的断裂或拉伸变形。
（三）树脂浸渍均匀化技术：解决湿法模压大件的核心痛点
湿法模压工艺的关键是树脂对纤维预制体的充分浸润，针对大件构件的树脂浸渍难题，开发 **“真空辅助 - 高压灌注 - 动态排气”** 一体化浸渍技术：
纤维预制体预成型处理：将纤维束通过编织、缝合工艺制成与构件形状匹配的预制体，预制体的孔隙率控制在 35%-40%，确保树脂能够顺利渗透；同时，对预制体进行预热处理（温度 80-100℃），降低树脂的粘度，提升浸润效率；
真空辅助高压灌注：采用真空辅助树脂灌注（VARI）与高压树脂传递模塑（HP-RTM）结合的工艺，先通过真空抽气排出预制体内部的空气，再以 10-20MPa 的压力将树脂注入模具，树脂的流动速度控制在 5-10mm/s，确保树脂从预制体的中心向边缘均匀渗透；
动态排气系统设计：在模具的边缘与拐角处设置排气通道，通过实时监测排气口的树脂流量，判断树脂的浸润状态，当排气口流出纯树脂时，关闭对应区域的排气阀，避免树脂浪费与气泡残留。经优化后，大件构件的孔隙率降至 0.3% 以下，树脂浸渍均匀性提升至 99% 以上。
三、湿法模压大件制造技术创新：高效成型与性能跃升
湿法模压大件制造技术的核心是 **“一体化成型 - 动态压力调控 - 快速固化”**，通过工艺创新大幅缩短成型周期，提升构件的综合性能。
（一）大件构件一体化模压成型：消除拼接缺陷
传统大件构件采用分段成型 + 拼接工艺，拼接处易形成应力集中，影响结构稳定性。湿法模压技术实现 **“一次成型、无拼接缝”** 的大件制造：
大型模具集成设计：开发尺寸达 10m×5m 的大型模压模具，适配飞机机翼壁板、火箭贮箱箱底等大件构件的成型需求；模具采用模块化拼接结构，便于运输与维护，拼接处的尺寸精度误差≤±0.05mm；
模压压力动态匹配：根据树脂的熔融 - 流动 - 固化三个阶段，动态调整模压压力：熔融阶段采用低压（2-5MPa），避免纤维因高压挤压发生取向紊乱；流动阶段采用中高压（10-15MPa），推动树脂充分填充预制体孔隙；固化阶段采用保压（5-8MPa），防止构件因冷却收缩产生翘曲变形。压力的动态调整通过伺服液压系统实现，响应时间≤0.5 秒；
快速固化工艺优化：通过树脂基体改性，添加高效固化剂，将固化温度从传统的 180℃降至 120-150℃，固化时间从 24 小时缩短至 3-5 小时；同时，采用微波辅助固化技术，利用微波的介电加热特性，使树脂从内部均匀升温，固化效率进一步提升 50%，且构件的残余应力降低 30% 以上。
（二）成型过程智能化监测：保障产品质量稳定性
集成 **“超声探伤 - 红外热成像 - 光纤传感”** 三位一体的在线监测系统，实现湿法模压大件成型过程的全流程监控：
超声探伤实时监测内部缺陷：在模压过程中，嵌入超声探头，实时扫描构件内部，可识别直径≥0.1mm 的气泡、干斑等缺陷，缺陷识别准确率达 99% 以上；当检测到缺陷时，系统自动调整模压压力与温度，通过二次加压消除缺陷；
红外热成像监测温度分布：利用红外热像仪实时获取模具型腔的温度分布图像，当某一区域温度偏差超过 ±2℃时，系统自动调整该区域的加热功率，确保温度均匀性；
光纤传感监测应力变化：在纤维预制体中嵌入柔性光纤传感器，实时监测成型过程中构件的应力分布与变化，通过应力数据反推工艺参数的合理性，实现工艺参数的自适应优化。
四、航空航天复合材料大件的全维度性能验证
性能验证是保障航空航天复合材料大件服役可靠性的关键，需从力学性能、尺寸精度、耐极端环境性能三个维度进行系统测试，验证结果需满足航空航天装备的严苛标准。
（一）力学性能验证：强度与韧性的双重保障
力学性能验证采用静态力学测试 + 动态疲劳测试相结合的方式，测试指标涵盖拉伸强度、弯曲模量、抗冲击强度、抗疲劳寿命等：
静态力学性能测试：依据航空航天标准（如 ASTM D3039、ASTM D790），对构件取样测试，结果显示：碳纤维增强环氧树脂复合材料大件的拉伸强度达 1800-2200MPa，弯曲模量达 90-110GPa，抗冲击强度达 150-200kJ/m²，较传统热压罐工艺提升 20%-30%，完全满足飞机机翼与火箭贮箱的承力要求；
动态疲劳测试：采用高频疲劳试验机，对构件进行 10⁷次循环载荷测试，测试后构件的力学性能保留率≥90%，且无分层、开裂等缺陷；在鸟撞模拟测试中，构件可通过纤维断裂与树脂基体变形吸收冲击能量，乘员舱变形量控制在安全范围，抗冲击性能较金属构件提升 40% 以上。
（二）尺寸精度验证：微米级控形能力
尺寸精度验证采用三维激光扫描 + 工业 CT 检测的方式，全面评估构件的外形精度与内部结构：
外形尺寸精度测试：利用三维激光扫描仪对构件的整体尺寸进行扫描，结果显示：构件的长度偏差≤±0.1mm，平面度误差≤0.2mm/m，曲面轮廓度偏差≤±0.15mm，远优于传统工艺的 ±0.5mm 精度要求；
内部结构精度检测：通过工业 CT 扫描构件内部，纤维铺层角度偏差≤±0.3°，树脂分布均匀，孔隙率≤0.3%，无明显的干斑、气泡等缺陷，结构致密性达到航空航天高端构件的质量标准。
（三）耐极端环境性能验证：适配航空航天服役条件
针对航空航天装备的极端服役环境，开展高低温循环、盐雾腐蚀、空间辐射等模拟测试：
高低温循环测试：将构件置于 - 60℃~150℃的温度箱中，进行 100 次循环测试，测试后构件的力学性能保留率≥95%，尺寸变化率≤0.05%，无开裂、分层现象；
盐雾腐蚀测试：在 35℃、5% NaCl 盐雾环境下测试 1000 小时，构件表面无腐蚀痕迹，力学性能保留率≥98%，满足舰载飞机的海洋环境服役要求；
空间辐射测试：模拟空间高能粒子辐射环境，对卫星桁架构件进行 10⁶Gy 剂量的辐射测试，构件的力学性能保留率≥90%，绝缘性能无明显衰减，可保障卫星在轨长寿命运行。
五、产业化应用价值与未来发展趋势
（一）产业化应用价值：赋能航空航天装备升级
轻量化与性能跃升：复合材料大件构件的重量较传统金属构件减轻 40%-50%，以飞机机翼为例，采用复合材料机翼后，整机减重 15%-20%，续航里程提升 10%-15%；同时，构件的抗疲劳寿命提升 2-3 倍，大幅降低装备的维护成本；
降本增效显著：湿法模压工艺的成型周期较传统热压罐工艺缩短 80% 以上，单块飞机机翼壁板的成型周期从 48 小时缩短至 8 小时，单条生产线的年产能提升至 500 件以上；设备投资降低 50%，综合制造成本降低 30%-40%；
典型应用案例：某航空制造企业采用湿法模压技术生产窄体客机机翼壁板，构件尺寸精度达 ±0.1mm，孔隙率≤0.3%，已通过适航认证并实现规模化量产；某航天企业采用该技术生产火箭贮箱箱底，重量较铝合金箱底减轻 35%，抗压强度提升 25%，成功应用于新一代运载火箭。
（二）未来发展趋势：智能化与绿色化深度融合
智能化制造升级：结合数字孪生与 AI 技术，构建 “材料 - 工艺 - 设备 - 构件” 的全流程数字孪生模型，实现工艺参数的自主优化与预测性维护；开发机器人自动铺丝 - 模压一体化生产线，进一步提升生产效率与产品一致性；
多功能集成成型：在湿法模压成型过程中，嵌入传感器、柔性电子元件、热管等功能部件，实现构件的 “结构承载 + 健康监测 + 热管理” 一体化功能，如在飞机机翼中集成光纤传感器，实时监测飞行过程中的应力状态；
绿色化生产与回收：推动生物基树脂与再生碳纤维的应用，降低构件的碳足迹；利用热塑性复合材料的可逆熔融特性，建立大件构件的回收再利用体系，报废构件经粉碎、熔融后可重新制备预制体，回收利用率达 90% 以上。
航空航天复合材料精密成型与湿法模压大件制造技术的突破，彻底破解了传统工艺 “精度差、周期长、成本高” 的核心瓶颈，实现了大型复合材料构件的高精度、高效率、高质量制造。该技术的产业化应用，不仅推动了飞机、火箭、卫星等航空航天装备的轻量化与性能跃升，更助力我国航空航天制造产业向 “高端化、智能化、绿色化” 方向转型。随着技术的持续迭代，复合材料大件制造技术将成为航空航天装备升级的核心引擎，为我国航天强国建设提供坚实的制造支撑。
