1 帶纏繞成型技術(shù)研究現(xiàn)狀及應用

    1.1 帶纏繞成型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀帶纏繞成型技術(shù)隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，在功能方面不斷擴大。從國外來看，美國已將帶纏繞成型工藝應用于型號研制：MD-2固體火箭發(fā)動機噴管部件中的13個零件，“侏儒”導彈的發(fā)動機噴管都是通過纏繞成型；歐洲、日本也在航天器、武器研制等領(lǐng)域廣泛地應用帶纏繞成型工藝：歐洲“阿里安”火箭的助推器噴管，法國M51導彈的殼體，日本M-3S2、H-I、H-H火箭的助推器噴管都在使用纏繞成型的復合材料。圖3所示為纏繞成型中的M51導彈殼體。

 

    在國內(nèi)，我國自60年代就開始研制復合材料纏繞設備及其成型工藝。如北京玻璃鋼研究設計院、航天一院703所、航天四院43所、哈工大以及華中科技大學等單位先后研制出不同的復合材料纏繞成型設備。西工大通過自主研發(fā)的多功能布帶數(shù)控纏繞機（見圖4），工作效率高，纏繞出的制品達到型號工藝要求，成為能夠滿足高性能發(fā)動機噴管以及宇航飛行器絕熱、耐燒蝕部件研制的關(guān)鍵配套設備。但是，上述纏繞成型設備基本上都是針對型面規(guī)則的回轉(zhuǎn)體零件研制開發(fā)的，對于諸如大飛機的機翼、機身、風電葉片等大型非規(guī)則復雜結(jié)構(gòu)件無法實現(xiàn)纏繞成型。

 
西工大自主研發(fā)的多功能布帶數(shù)控纏繞機

    1.2 帶纏繞成型的應用

    帶纏繞成型技術(shù)在風力發(fā)電機組上的應用主要是葉片、機艙和導流罩的纏繞成型。葉片作為風力發(fā)電裝置最關(guān)鍵、最核心的部分，其材料和制造工藝將決定風力發(fā)電機組的性能和功率，也決定風力發(fā)電機組的成本。針對復合材料風電葉片的纏繞成型，德國、丹麥、美國等風能資源利用較好的國家在大型葉片的材料體系、外形設計、結(jié)構(gòu)設計、工藝裝備等方面作了大量的研究開發(fā)工作，并取得了豐碩的成果。據(jù)報道，現(xiàn)今世界上最大風力發(fā)電機的裝機容量為5MW，旋轉(zhuǎn)直徑可達126.3m。丹麥的LM公司為此裝備配套纏繞出了61.5m長的復合材料葉片，單片葉片的重量接近18t，成為世界最大的復合材料葉片“巨人”。這一實例成功地體現(xiàn)了材料、結(jié)構(gòu)和工藝三者的完美結(jié)合。

    作為可再生的清潔能源之一，我國已經(jīng)開始注重風能的開發(fā)和利用。在國家科技攻關(guān)項目和863項目的共同支持下，我國已基本掌握了風力發(fā)電機組及復合材料葉片的設計和制造技術(shù)；“十五”期間，將完成MW級風力發(fā)電機組的研制，為我國風電產(chǎn)業(yè)參與常規(guī)能源市場競爭奠定基礎(chǔ)。據(jù)最近的資料報道，到2020年，我國將投資2000億元用于風力發(fā)電建設，新增風力發(fā)電能力將達3000MW，并要求風力發(fā)電裝備本土化。為此，國內(nèi)的一些企業(yè)和研究機構(gòu)正在加緊研究開發(fā)1.5MW風力發(fā)電裝備和與之配套的大型復合材料葉片。國家對可再生清潔能源的支持，為復合材料風電葉片纏繞成型技術(shù)提供了難得的發(fā)展機會。