膠接是能提高機體結構效率和結構破損安全性能的先進連接技術。傳統的飛機制造需要大量的鉚釘將金屬板進行連接，而膠接結構質輕強度高，還具有阻裂、減振、隔熱、隔音等特殊作用，一般來說用膠接代替鉚接可使重量減輕25%，成本下降約20%。同時由于膠接是面積連接，能避免機械連接的應力集中，改善結構的抗疲勞性能和結構表面的氣動特性[1-3]。因此膠接技術的應用越來越廣泛。
自從航空工業(yè)誕生以來，膠接技術就開始應用于各類飛機結構的制造[4]。早在20世紀初期飛機剛剛誕生時，膠接技術就已應用于飛機木質機翼緣條的連接。1943年，英國更是次在“大黃蜂”飛機金屬結構上應用了膠接技術。目前，大型飛機如美國的L-1011、波音737、747、787、C-130、C-141A、KC-135，歐洲的A300、A320、A380，俄羅斯的伊爾76、86等飛機在制造過程中，都采用了膠接結構。可以說，當代任何一種先進飛機的設計和制造都離不開膠接技術的應用。本文綜述了國內外民用飛機膠接技術的現狀，對民用飛機膠接技術的發(fā)展進行了展望。
國外民用飛機膠接技術現狀
近年來，飛機膠接技術在歐美一些飛機生產大國得到了長足的發(fā)展，膠接體系的耐久性大幅度改善，膠接工藝日益成熟，膠接件的安全性、可靠性及耐久性大幅度提高[5-8]。
20世紀70年代，美國組織實施了PABST(主承力膠接結構技術)計劃。80年代，美國為實現制造過程自動化和提高膠接構件的可靠性，又進行了計算機輔助固化過程控制、計算機輔助涂膠自動化方法以及自動化檢驗等關鍵技術的研究。鈦合金的膠接也獲得了實際應用，例如，美國洛克希德飛機公司的L-1011客機采用FM-137中溫固化膠膠接鈦合金止裂帶與鋁蒙皮，其阻止裂紋擴展能力提高了1倍以上。C-5A飛機的鈦蒙皮與玻璃布蜂窩的膠接也取得較好的效果[9]。
歐洲從早期的FOKKER-27“友誼號”客機、中期的“三叉戟”客機、直至1978年投產的BAe-146客機，都在機翼及機身結構上廣泛采用了鈑金膠接結構，其應用的膠粘劑均為經過長期服役考驗的酚醛型膠粘劑（如Redux775膠粘劑與Redux120底膠），圖1為BAe 146/AVRO RJ系列噴氣式支線客機機身壁板與上機翼蒙皮桁條的膠接結構，采用Redux775結構膠。隨后，由于環(huán)氧系列膠粘劑的研制成功，表面處理技術的進步，膠接技術的應用迅速擴大[9]。 不同膠粘劑室溫機械性能如表1所示[10]。膠接技術在國外民用客機制造中已獲得廣泛的應用。表2列出了采用膠接結構的民用飛機機種及部位[11]。
在波音系列飛機中，從波音707到波音787的制造中，都有大量的膠接結構件服役，而且膠接面積呈逐步上升的趨勢，如表3所示[5,9,11]。 波音公司飛機制造過程中膠接部位如圖2所示。新型的波音787飛機上采用了纖維復合材料構件來替代傳統的金屬構件以減輕結構質量，不可避免地需要采用更多的膠接結構?？梢灶A見，膠接技術在民用飛機的生產制造過程中的使用范圍將越來越廣，使用量也將越來越大。 國內民用飛機膠接技術現狀
我國飛機膠接技術首先是在以軍用飛機為研究和應用背景的基礎上發(fā)展起來的[12]。經過數十年發(fā)展，我國軍用飛機采用的膠接體系和膠接技術已經接近世界先進水平，我國研發(fā)的SY系列、J系列、JX系列、DG系列等膠粘劑體系均成功應用于各型號軍用飛機上。但是在民用飛機的生產制造上，由于民用飛機與軍用飛機存在著損傷容限、飛行可靠性、飛行壽命等諸多差異，使用的膠粘劑力學性能、耐久性等性能指標的要求也不盡相同，國內膠接體系和膠接技術僅在國產運-7、運-12、新舟60飛機等螺旋槳民用飛機上獲得少量應用。同時，國內膠接體系和膠接技術在民用飛機應用上還缺乏大面積、大部位結構的膠接經驗，相對應的國產膠粘劑膠接技術在大型民用飛機上的應用還處于未啟動狀態(tài)。雖然近年來我國在噴氣式客機上獲得了重大成就，支線客機ARJ-21目前已經首飛成功，但是該機采用的是國外某品牌成熟的膠接體系和膠接技術。
因此，國內膠接技術與膠接體系在開展膠粘劑與樹脂基復合材料膠接的研究，完善膠接體系耐久性性能考核與改善膠接體系的工藝性能等研究領域中還有諸多工作要做。
民用飛機膠接技術展望
民用飛機作為一種運人載物的交通工具，特別強調其安全性、經濟性和舒適性。未來一二十年內，在確保產品可靠性、降低生產成本及批量化制造等方面帶來新的突破將成為民用飛機制造的重點。鑒于膠接技術的固有突出優(yōu)點，以及幾十年來的研制和應用所打下的良好基礎，各國的膠接結構都處于繼續(xù)提高、完善和發(fā)展中。目前，大型民用客機通過優(yōu)勝劣汰的殘酷競爭，全球市場幾乎被美國波音公司和歐洲空中客車（空客）公司這兩大航空巨頭壟斷，而這兩家公司的新型機種都采用了大量的輕質混合材料制造，如新的鋁鋰合金和碳纖維增強塑料（CFRP），而復合材料的大量應用，不可避免地也用到了結構膠粘劑來制造構件。圖3為航空用CFRP兩種型材以及CFRP及熱塑性塑料在空客A380機型中的應用。
隨著我國大型運輸機和大型客機項目的啟動，膠接體系和膠接技術在力學性能、耐高溫性、耐久性能等方面有了更為明確的研發(fā)需求，主要包括：
（1）提高膠接結構的耐久性。民用飛機與軍用飛機很大的一點不同就體現在飛行壽命上，軍用飛機的航行時間為5000h，而民用飛機的航行時間需要達到60000h，因此需要研制耐久性優(yōu)良的膠接體系以確保民用飛機的飛行壽命。
（2）開拓新材料膠接技術。為了在降低民用飛機成本的同時確保安全，輕質高強材料包括鋁鋰合金、復合材料等獲得了大量的應用，相應的需要針對復合材料膠接蜂窩結構、聚芳酰胺增強鋁層壓板(ARALL)結構、鋁鋰合金膠接結構與先進室溫固化膠接結構等膠接技術進行相關研究。
（3）簡化膠接固化工藝。有些膠粘劑雖性能優(yōu)異，但存在著韌性差、固化溫度高、固化工藝繁瑣等缺點，雖然隨著膠接技術的發(fā)展，國外膠粘劑公司研發(fā)出許多類型的高（175℃）、中（120℃）溫固化膠粘劑，但是針對現在工藝技術趨于操作簡單方便的特點，仍需要研制中、低溫甚至常溫固化、性能優(yōu)異的膠粘劑體系。
（4）開拓膠接件的質量檢測方法?，F代的膠粘劑體系在生產過程中存在著質量穩(wěn)定性差的缺點，而膠接件在固化完成后又存在著受檢測方法的制約，無法準確地檢測出構件膠縫的膠接質量等問題，因此需要建立相應完善的檢驗標準體系，并改進無損檢測的方法。
（5）進一步完善計算機輔助膠接技術。計算機輔助膠接技術可以逐步進行，主要包括：采用CAD/CAE/CAM技術進行零件加工及膠接工裝的設計、制造和優(yōu)化；計算機輔助進行被粘件的表面處理，包括槽液配制監(jiān)控、自動化實現表面清洗及表面處理、對制備后的膠接件表面進行計算機輔助觀察檢驗；對膠粘劑和底膠建立計算機輔助驗收檢驗系統；由計算機輔助完成膠接固化密封系統自動檢漏及固化實時監(jiān)控，逐步實現針對包括固化時間、固化溫度、固化壓力等的分步控制、自適應控制等；膠接構件的膠接質量采用計算機輔助智能化無損檢測鑒定，所有信息及記錄均自動制成文件；運用計算機集成化技術，實現膠接全過程計算機輔助管理控制，包括膠接零件追蹤技術及機器人自動傳送工具和零部件等。通過以上研究終實現計算機輔助膠接流程。
隨著我國低空領域的開放，民用公務機將成為未來航空領域的研制方向，因此膠接技術與膠接體系不但要滿足各項工藝性能的要求，還要滿足適航當局的要求。隨著這些問題的解決，我國膠接技術水平將有很大的提升。國內現有的軍用飛機用膠粘劑體系和膠接技術也將對這些項目起到促進作用，特別是在與西方國家進行合作生產過程中將積累大量經驗，為國產膠接體系和膠接技術在民用飛機上的應用產生巨大的推動作用[13-15]。
結束語
膠接技術應用于民用飛機數十年以來，應用范圍和應用面積都呈增長趨勢，可以說當代任何一種先進飛機的設計和制造都離不開膠接技術的應用。我國無論是大型客機項目的研發(fā)還是低空領域的開放，都為民用飛機提供了很大的發(fā)展空間，而研制新型民用飛機也離不開膠接體系和膠接技術的應用，研制高性能耐久膠接體系、開拓新材料膠接技術成為一種新的挑戰(zhàn)！
自從航空工業(yè)誕生以來，膠接技術就開始應用于各類飛機結構的制造[4]。早在20世紀初期飛機剛剛誕生時，膠接技術就已應用于飛機木質機翼緣條的連接。1943年，英國更是次在“大黃蜂”飛機金屬結構上應用了膠接技術。目前，大型飛機如美國的L-1011、波音737、747、787、C-130、C-141A、KC-135，歐洲的A300、A320、A380，俄羅斯的伊爾76、86等飛機在制造過程中，都采用了膠接結構。可以說，當代任何一種先進飛機的設計和制造都離不開膠接技術的應用。本文綜述了國內外民用飛機膠接技術的現狀，對民用飛機膠接技術的發(fā)展進行了展望。
國外民用飛機膠接技術現狀
近年來，飛機膠接技術在歐美一些飛機生產大國得到了長足的發(fā)展，膠接體系的耐久性大幅度改善，膠接工藝日益成熟，膠接件的安全性、可靠性及耐久性大幅度提高[5-8]。
20世紀70年代，美國組織實施了PABST(主承力膠接結構技術)計劃。80年代，美國為實現制造過程自動化和提高膠接構件的可靠性，又進行了計算機輔助固化過程控制、計算機輔助涂膠自動化方法以及自動化檢驗等關鍵技術的研究。鈦合金的膠接也獲得了實際應用，例如，美國洛克希德飛機公司的L-1011客機采用FM-137中溫固化膠膠接鈦合金止裂帶與鋁蒙皮，其阻止裂紋擴展能力提高了1倍以上。C-5A飛機的鈦蒙皮與玻璃布蜂窩的膠接也取得較好的效果[9]。
歐洲從早期的FOKKER-27“友誼號”客機、中期的“三叉戟”客機、直至1978年投產的BAe-146客機，都在機翼及機身結構上廣泛采用了鈑金膠接結構，其應用的膠粘劑均為經過長期服役考驗的酚醛型膠粘劑（如Redux775膠粘劑與Redux120底膠），圖1為BAe 146/AVRO RJ系列噴氣式支線客機機身壁板與上機翼蒙皮桁條的膠接結構，采用Redux775結構膠。隨后，由于環(huán)氧系列膠粘劑的研制成功，表面處理技術的進步，膠接技術的應用迅速擴大[9]。 不同膠粘劑室溫機械性能如表1所示[10]。膠接技術在國外民用客機制造中已獲得廣泛的應用。表2列出了采用膠接結構的民用飛機機種及部位[11]。
在波音系列飛機中，從波音707到波音787的制造中，都有大量的膠接結構件服役，而且膠接面積呈逐步上升的趨勢，如表3所示[5,9,11]。 波音公司飛機制造過程中膠接部位如圖2所示。新型的波音787飛機上采用了纖維復合材料構件來替代傳統的金屬構件以減輕結構質量，不可避免地需要采用更多的膠接結構?？梢灶A見，膠接技術在民用飛機的生產制造過程中的使用范圍將越來越廣，使用量也將越來越大。 國內民用飛機膠接技術現狀
我國飛機膠接技術首先是在以軍用飛機為研究和應用背景的基礎上發(fā)展起來的[12]。經過數十年發(fā)展，我國軍用飛機采用的膠接體系和膠接技術已經接近世界先進水平，我國研發(fā)的SY系列、J系列、JX系列、DG系列等膠粘劑體系均成功應用于各型號軍用飛機上。但是在民用飛機的生產制造上，由于民用飛機與軍用飛機存在著損傷容限、飛行可靠性、飛行壽命等諸多差異，使用的膠粘劑力學性能、耐久性等性能指標的要求也不盡相同，國內膠接體系和膠接技術僅在國產運-7、運-12、新舟60飛機等螺旋槳民用飛機上獲得少量應用。同時，國內膠接體系和膠接技術在民用飛機應用上還缺乏大面積、大部位結構的膠接經驗，相對應的國產膠粘劑膠接技術在大型民用飛機上的應用還處于未啟動狀態(tài)。雖然近年來我國在噴氣式客機上獲得了重大成就，支線客機ARJ-21目前已經首飛成功，但是該機采用的是國外某品牌成熟的膠接體系和膠接技術。
因此，國內膠接技術與膠接體系在開展膠粘劑與樹脂基復合材料膠接的研究，完善膠接體系耐久性性能考核與改善膠接體系的工藝性能等研究領域中還有諸多工作要做。
民用飛機膠接技術展望
民用飛機作為一種運人載物的交通工具，特別強調其安全性、經濟性和舒適性。未來一二十年內，在確保產品可靠性、降低生產成本及批量化制造等方面帶來新的突破將成為民用飛機制造的重點。鑒于膠接技術的固有突出優(yōu)點，以及幾十年來的研制和應用所打下的良好基礎，各國的膠接結構都處于繼續(xù)提高、完善和發(fā)展中。目前，大型民用客機通過優(yōu)勝劣汰的殘酷競爭，全球市場幾乎被美國波音公司和歐洲空中客車（空客）公司這兩大航空巨頭壟斷，而這兩家公司的新型機種都采用了大量的輕質混合材料制造，如新的鋁鋰合金和碳纖維增強塑料（CFRP），而復合材料的大量應用，不可避免地也用到了結構膠粘劑來制造構件。圖3為航空用CFRP兩種型材以及CFRP及熱塑性塑料在空客A380機型中的應用。
隨著我國大型運輸機和大型客機項目的啟動，膠接體系和膠接技術在力學性能、耐高溫性、耐久性能等方面有了更為明確的研發(fā)需求，主要包括：
（1）提高膠接結構的耐久性。民用飛機與軍用飛機很大的一點不同就體現在飛行壽命上，軍用飛機的航行時間為5000h，而民用飛機的航行時間需要達到60000h，因此需要研制耐久性優(yōu)良的膠接體系以確保民用飛機的飛行壽命。
（2）開拓新材料膠接技術。為了在降低民用飛機成本的同時確保安全，輕質高強材料包括鋁鋰合金、復合材料等獲得了大量的應用，相應的需要針對復合材料膠接蜂窩結構、聚芳酰胺增強鋁層壓板(ARALL)結構、鋁鋰合金膠接結構與先進室溫固化膠接結構等膠接技術進行相關研究。
（3）簡化膠接固化工藝。有些膠粘劑雖性能優(yōu)異，但存在著韌性差、固化溫度高、固化工藝繁瑣等缺點，雖然隨著膠接技術的發(fā)展，國外膠粘劑公司研發(fā)出許多類型的高（175℃）、中（120℃）溫固化膠粘劑，但是針對現在工藝技術趨于操作簡單方便的特點，仍需要研制中、低溫甚至常溫固化、性能優(yōu)異的膠粘劑體系。
（4）開拓膠接件的質量檢測方法?，F代的膠粘劑體系在生產過程中存在著質量穩(wěn)定性差的缺點，而膠接件在固化完成后又存在著受檢測方法的制約，無法準確地檢測出構件膠縫的膠接質量等問題，因此需要建立相應完善的檢驗標準體系，并改進無損檢測的方法。
（5）進一步完善計算機輔助膠接技術。計算機輔助膠接技術可以逐步進行，主要包括：采用CAD/CAE/CAM技術進行零件加工及膠接工裝的設計、制造和優(yōu)化；計算機輔助進行被粘件的表面處理，包括槽液配制監(jiān)控、自動化實現表面清洗及表面處理、對制備后的膠接件表面進行計算機輔助觀察檢驗；對膠粘劑和底膠建立計算機輔助驗收檢驗系統；由計算機輔助完成膠接固化密封系統自動檢漏及固化實時監(jiān)控，逐步實現針對包括固化時間、固化溫度、固化壓力等的分步控制、自適應控制等；膠接構件的膠接質量采用計算機輔助智能化無損檢測鑒定，所有信息及記錄均自動制成文件；運用計算機集成化技術，實現膠接全過程計算機輔助管理控制，包括膠接零件追蹤技術及機器人自動傳送工具和零部件等。通過以上研究終實現計算機輔助膠接流程。
隨著我國低空領域的開放，民用公務機將成為未來航空領域的研制方向，因此膠接技術與膠接體系不但要滿足各項工藝性能的要求，還要滿足適航當局的要求。隨著這些問題的解決，我國膠接技術水平將有很大的提升。國內現有的軍用飛機用膠粘劑體系和膠接技術也將對這些項目起到促進作用，特別是在與西方國家進行合作生產過程中將積累大量經驗，為國產膠接體系和膠接技術在民用飛機上的應用產生巨大的推動作用[13-15]。
結束語
膠接技術應用于民用飛機數十年以來，應用范圍和應用面積都呈增長趨勢，可以說當代任何一種先進飛機的設計和制造都離不開膠接技術的應用。我國無論是大型客機項目的研發(fā)還是低空領域的開放，都為民用飛機提供了很大的發(fā)展空間，而研制新型民用飛機也離不開膠接體系和膠接技術的應用，研制高性能耐久膠接體系、開拓新材料膠接技術成為一種新的挑戰(zhàn)！
