图1：RQ-4 “全球鹰”(UAV global hawk)远程无人侦察机   

    发动机吊架结构的上层甲板和整流罩都属于二级结构件。为了证明HyPerVARTM 和AFI同样适用于主要结构件的制造，VSC公司生产了一款桁架结构的试验机，这种结构类似于洛克希德马丁航空有限公司- 高级发展计划（Lockheed Martin Aeronautics Co. — Advanced Development Programs，加利福尼亚州帕姆代尔）出产的复合材料飞机的桁条和翼肋结构。鉴于模块化工具可以按照具体的设计需求进行改装的优势，因此该桁架结构在制备过程中也采用了模块化工具。该试验机的桁架结构预成型件是由纺织产品公司（Textile Products Inc.，加利福尼亚州阿纳海姆）提供的IM7单向织布，和赫氏（Hexcel）公司出产的双向偏压纬编织布（bidirectional bias weft fabric）混合制备而成，浸润处理过程采用的是EPON的862号树脂，这种产品能有效将制品的气孔率稳定在百分之一左右，同时单向和双向织物的纤维体积含量分别达到百分之六十和百分之五十三。据悉，制件的性能已经非常接近于热压釜制备的预浸料的性能。

    VSC生产方案和业务发展执行副总裁保罗•奥本海姆表示，我们需要通过一个实际的产品向人们证明VARTM和RTM成型工艺完全可以制备主要结构件，而在这之前，许多航天设计师一直误认为是不可行的。这种误解部分源于对低压固化质量鉴定过程的担虑。奥本海姆解释说，由于有了预浸料，大部分的认证程序都按照预浸料制造商定下的标准行事，预浸料几乎成为所有成型商的“标准”产品。他说：“因为任何人使用热压釜制备都能得到相同属性的预浸料。”而在树脂渗透过程中，因为树脂和增强材料被混合后封闭在模具中，就会为制造商的质量鉴定过程增加难度。另外，有一种更为狭隘的解决方案是仅仅针对特定结构的质量鉴定过程，而且必须由制造商执行。不过，奥本海姆认为，可以将局部结构鉴定所得的数据纳入数据库，这么做能帮助那些使用传统层压板质量鉴定过程的制造商全面掌握树脂，纤维，织物和处理程序等的相关参数。

    半径工程有限公司（Radius Engineering Inc，位于犹他州盐湖城）申明已经通过RTM工艺的开发成功解决了质量鉴定的难题，所使用的预浸料与热压釜制备使用的一样。值得一提的是，有一种已经应用于航空航天的成型工艺—同合格的树脂传递模塑（SQRTM- Same Qualified Resin Transfer Molding）工艺不仅能帮助免去使用热压釜，还避免了常常因为需要进行质量鉴定而不得不另外增加一个新程序的麻烦。Radius公司总裁米洛维奇说：“我们已经为预浸料的对模成型法（matched-die molding）创建了一个更为有效的鉴定程序。

图2：RQ-4 “全球鹰”(UAV global hawk)正在空中执行侦查任务   

    米洛维奇说，对于利用RTM成型预浸料的最大挑战是压力是否足够，即膜内的静水压力（hydrostatic pressure）是否足够将材料压实，并排出固化过程中产生的气体。这就如同在热压釜固化过程中，利用加压的氮气为真空袋提供外部压力一样。在一个封闭的RTM模具中，静水压力施压的方向虽然朝外，却能直接作用于液态树脂，迫使它流入并遍及整个模腔。Radius公司在利用SQRTM程序时还发现，在模腔中填满预浸料的情况下，只要再额外向腔内注射极少量的树脂，使其按照设计好的路径蔓延至整个腔体周边的话，就能在模腔内部制造出足够的静水压力。因为，当初在设计模具的时候是完全按照预成型件的大小量身制造的，即使是少量的树脂进入模腔都极有可能产生巨大的压力。

    Radius公司开发的SQRTM程序现在已经被沃特飞机工业公司（Vought Aircraft Industries Inc.，美国得克萨斯州达拉斯）应用于机翼的制造，Vought公司参与了美国空军的下一代RQ – 4B“全球鹰”①（UAV Global Hawk）远程无人侦察机的机翼增强计划（Enhanced Wing program）。在早期的全球鹰设计中，仅翼尖部分（位于机翼前端约3.3米/130英寸的位置）就包含了12到14个热压釜成型的零部件。半径工程有限公司联合沃特公司，以及另一位主承包商诺斯罗普格鲁曼公司（Northrop Grumman，加利福尼亚州帕姆代尔），一起开发的SQRTM程序，做到了简化制件结构，集成零部件和免使用热压釜，因此，帮助制造商大大降低了制备成本。

    而在“支奴干”运输机发动机吊架上的应用，也在很大程度上促进了这一成果的推广。Radius公司“全球鹰”翼尖项目经理理查德•诺德提到，Radius公司的做法是将机翼尖和模具整合在一起。经过重新设计的翼尖包含三个主要组成部分：一个扭矩盒（torque box），一个内翼肋（用于连接翼尖和主翼），还有一个翼尖包尾件（tip-cap closeout）。每个扭矩盒均包含六根实心的复合桁条，机翼前后缘和外翼肋所组成的统一体结构。而原始的设计是每个扭矩盒包含两根蜂窝夹芯材料桁条和多根翼肋。诺德说：“蜂窝夹芯三明治结构虽然具有较高的结构效率，但是由于制备过程涉及多次固化，因此费用昂贵。”而这种集成的桁条结构则在保持蒙皮硬度的同时，避免了蜂窝夹芯三明治结构的昂贵成本。

    如今，仅凭三个模具就能完成左，右翼尖所有零部件的制备。其中，左扭矩盒是通过第一个模具制备，右扭矩盒通过第二个模具，而其余部件则通过第三个模具制备，它们包括左，右内侧翼肋，左，右翼边包尾件，和包尾件底部用于覆盖检查孔的小板。此外，所有部件均采用与热压釜相同的预浸料，该材料是由氰特工程材料公司（Cytec Engineered Materials Inc.亚利桑那州）结合了氰特7714A环氧树脂和赫氏（Hexcel）AS – 4或东丽（Toray ）T650织布制造而成的M46J号预浸料。在进行固化的过程中，Radius公司首先利用气动压力机（pneumatic press）提供的120 psi压力将纤维压实，然后当固化温度达到121 ° C/250 ° F时，再通过RTM5000流控注射系统（flow-controlled injection system）向模腔内注入少量的树脂，从而产生90 psi的静水压力（hydrostatic pressure）。

    诺德相信，采用定特制金属模具以及RTM工艺制备出的制件的纤维含量可以达到百分之五十八，而气孔率则被有效控制在百分之零点五甚至更低的范围内。制件已经能满足或超过诺斯罗普•格鲁曼公司的对“全球鹰”机翼材料性能提出的要求，其重量还比原来降低了百分之五，因此，这对于实现美国空军的减重目标来说十分有意义，因为这意味着“全球鹰”将能够携带更多的有效载荷。

    不仅如此，新设计更符合空气动力学，± 0.2毫米（± 0.0075英寸）的轮廓度（profile tolerance）使整个机身达到了无与伦比的流畅效果。加之，整体式设计（one-piece design）还大大降低了劳动量。诺德说：“使用热压釜制备的时候，必须将上下蒙皮之间的胶层填满，并且去掉多余的部分，这必然会涉及很多手工劳作。”而直接为SQRTM模腔注射树脂的话，所产生的压力仅仅作用于分布在模腔周边的材料上。

注解：① 诺斯罗普•格鲁曼公司的RQ-4A“全球鹰”是现役美国空军最先进的无人机，机体多处采用新型材料制造，如机翼、后机身、发动机吊舱和尾翼面都采用复合材料。“全球鹰”计划作为“高空持久性先进概念技术验证”(ACTD)计划的一部分于1995年启动，具备先进的控制手段。操作时，只要把飞行路径信息数据输入机上计算机，“全球鹰”就能自主飞行。“全球鹰”一直在改进，其主承包商诺斯罗普•格鲁曼公司正在生产更大型的“全球鹰”Block 20、30、40飞机，将具备更强大的性能，包括增加50%的有效载荷。

本文英文原文见(复材世界), 复材在线编辑部编译，有删改。