1 帶纏繞成型技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

    1.1 帶纏繞成型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀帶纏繞成型技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)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(kuò)大。從國(guó)外來看，美國(guó)已將帶纏繞成型工藝應(yīng)用于型號(hào)研制：MD-2固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管部件中的13個(gè)零件，“侏儒”導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)用帶纏繞成型工藝：歐洲“阿里安”火箭的助推器噴管，法國(guó)M51導(dǎo)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(fù)合材料。圖3所示為纏繞成型中的M51導(dǎo)彈殼體。

 

    在國(guó)內(nèi)，我國(guó)自60年代就開始研制復(fù)合材料纏繞設(shè)備及其成型工藝。如北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院、航天一院703所、航天四院43所、哈工大以及華中科技大學(xué)等單位先后研制出不同的復(fù)合材料纏繞成型設(shè)備。西工大通過自主研發(fā)的多功能布帶數(shù)控纏繞機(jī)（見圖4），工作效率高，纏繞出的制品達(dá)到型號(hào)工藝要求，成為能夠滿足高性能發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)備。但是，上述纏繞成型設(shè)備基本上都是針對(duì)型面規(guī)則的回轉(zhuǎn)體零件研制開發(fā)的，對(duì)于諸如大飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、風(fēng)電葉片等大型非規(guī)則復(fù)雜結(jié)構(gòu)件無(wú)法實(shí)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(jī)

    1.2 帶纏繞成型的應(yīng)用

    帶纏繞成型技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用主要是葉片、機(jī)艙和導(dǎo)流罩的纏繞成型。葉片作為風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能和功率，也決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本。針對(duì)復(fù)合材料風(fēng)電葉片的纏繞成型，德國(guó)、丹麥、美國(guó)等風(fēng)能資源利用較好的國(guó)家在大型葉片的材料體系、外形設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(bào)道，現(xiàn)今世界上最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量為5MW，旋轉(zhuǎn)直徑可達(dá)126.3m。丹麥的LM公司為此裝備配套纏繞出了61.5m長(zhǎng)的復(fù)合材料葉片，單片葉片的重量接近18t，成為世界最大的復(fù)合材料葉片“巨人”。這一實(shí)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(guó)已經(jīng)開始注重風(fēng)能的開發(fā)和利用。在國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和863項(xiàng)目的共同支持下，我國(guó)已基本掌握了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及復(fù)合材料葉片的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)；“十五”期間，將完成MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制，為我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)參與常規(guī)能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)奠定基礎(chǔ)。據(jù)最近的資料報(bào)道，到2020年，我國(guó)將投資2000億元用于風(fēng)力發(fā)電建設(shè)，新增風(fēng)力發(fā)電能力將達(dá)3000MW，并要求風(fēng)力發(fā)電裝備本土化。為此，國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)正在加緊研究開發(fā)1.5MW風(fēng)力發(fā)電裝備和與之配套的大型復(fù)合材料葉片。國(guó)家對(duì)可再生清潔能源的支持，為復(fù)合材料風(fēng)電葉片纏繞成型技術(shù)提供了難得的發(fā)展機(jī)會(huì)。