溫德克-鷹系列飛機(jī)

“鷹系列”固定翼飛機(jī)是世界上第一款全復(fù)合材料的飛機(jī)。

1967年10月7日，“鷹”原型機(jī)首飛

1969年12月18日，獲得FAA認(rèn)證
首架獲得FAA認(rèn)證的全復(fù)合材料飛機(jī)
設(shè)計(jì)期間超過250次飛行試驗(yàn)
總計(jì)開發(fā)經(jīng)費(fèi)高達(dá)2000萬美元（等值今日1億6千萬美元）

鷹系列飛機(jī)相比同類型的西銳SR22、塞斯納400等機(jī)型；

它的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)艙更寬、負(fù)載更大、重量較輕、油耗更低、航程更遠(yuǎn)。

 縱觀復(fù)合材料飛機(jī)的發(fā)展歷史，目前市面上的復(fù)合材料飛機(jī)，它們在開發(fā)時(shí)均以鋁材作為競爭對(duì)手，只要是復(fù)合材料，不論何種技術(shù)都比鋁制材料性能優(yōu)越。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今通航界已經(jīng)到了需要與其他復(fù)合材料技術(shù)競爭的時(shí)代，溫德克在復(fù)合材料方面的深厚根基，意味著它不僅優(yōu)于鋁制材料，而且優(yōu)于其他復(fù)合材料?！苞桰”的開發(fā)與大多數(shù)復(fù)合材料通用飛機(jī)不同，在陶氏化學(xué)公司的資助下，老溫德克博士以“開發(fā)最好的航空復(fù)合材料和工藝”為初衷，發(fā)現(xiàn)非編織單向纖維復(fù)合材料更適合飛行器構(gòu)件中單向承載的特點(diǎn)。在這種材料系統(tǒng)中，所有的纖維束均向單一方向平行排列，如下圖所示，避免了纖維上下交錯(cuò)形成的“非線性”彎曲、省去了不起承載作用的縱向纖維，提高了負(fù)載效率，降低了重量。在飛機(jī)構(gòu)件制造時(shí)，單向承載構(gòu)件采用與負(fù)載一致的纖維方向，復(fù)雜承載構(gòu)件采用優(yōu)化的不同纖維方向多層結(jié)構(gòu)，增加強(qiáng)剛度重量比達(dá)一倍左右。經(jīng)過10多年的努力，老溫德克解決上述技術(shù)中的所有問題，研制了采用該技術(shù)的“鷹I”飛機(jī)并獲得了FAA的型號(hào)認(rèn)證。非編織單向纖維復(fù)合材料優(yōu)越的強(qiáng)剛度重量比，是鷹型機(jī)機(jī)體大、重量輕、速度快、航程長、油耗低、載重大的根本原因，是“鷹”型機(jī)最重要的關(guān)鍵技術(shù)。

圖：溫德克飛機(jī)采用的非編織單向復(fù)合材料

    目前大部分復(fù)合材料通用飛機(jī)采用樹脂預(yù)浸加高溫烘焙工藝，直接購買已經(jīng)預(yù)先加灌樹脂和固化劑的“預(yù)浸料”半成品，成型后經(jīng)高溫烘焙激活固化劑，實(shí)現(xiàn)固化。由于固化劑的加入，預(yù)浸料的架上壽命有限，必須在接近零度的環(huán)境下運(yùn)輸和存儲(chǔ)，高溫固化所用的設(shè)備昂貴，而生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)富含短分子鏈，疲勞和耐候性不理想。

    采用溫德克專有的樹脂混合和強(qiáng)化技術(shù)，經(jīng)過獨(dú)特的稍高溫固化，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的樹脂纖維比和極高的層間剪切強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)更輕更強(qiáng)、耐候性更好，而且固化設(shè)備要求和成本較低。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，用這種工藝制成的“鷹”型機(jī)構(gòu)件，其機(jī)械性能在近20年后不但沒有降低，反而稍有提高?！苞棥毙蜋C(jī)結(jié)構(gòu)上采用與鳥類骨骼類似的玻纖泡沫結(jié)構(gòu)，負(fù)載轉(zhuǎn)移和分配類似于鳥的肌肉和韌帶，效率極高，如下圖所示。其泡沫芯材使用聚氨酯發(fā)泡塑料，相比于其他復(fù)合材料主流機(jī)型采用的聚氯乙烯發(fā)泡塑料泡沫或者蜂窩結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度更高、重量更輕。

“鷹”型機(jī)采用的類似鳥類骨骼和韌帶結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的高效傳輸

    如下圖所示的“一步式”表面成型工藝。傳統(tǒng)的復(fù)合材料工藝中，脫模、補(bǔ)損、拋光、完成和上漆等是多道工序，其間要經(jīng)過多次噴砂打磨，而本項(xiàng)目利用專有的表面脫模工藝將這些融為一道工序，可以從模具中直接脫出已經(jīng)拋光完成并油漆涂字的構(gòu)件，不但減少工序、降低成本，而且避免了多次噴砂打磨對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)形狀帶來的負(fù)面影響。

溫德克專有的“一步式”表面完成、拋光、上漆、脫模工藝

    由于使用了輕型復(fù)合材料，溫德克“鷹I”飛機(jī)的基本載重比鋁材制造的比奇G36高出18%，因此滿油載重、滿客儲(chǔ)油等指標(biāo)明顯領(lǐng)先，最終體現(xiàn)在單位里程油耗直接降低4%，加上基本載重優(yōu)勢，最終體現(xiàn)在滿客航程上的絕對(duì)優(yōu)勢！而這一切說到底都緣于復(fù)合材料制作的機(jī)身明顯輕便。溫德克機(jī)身由復(fù)合材料制成，由于這種材料可以像布料一樣剪切，因此復(fù)合材料機(jī)身制造工序制造出的邊角余料和廢料將大幅度減少。以往的飛機(jī)主要是鋁制的，必須將大片或大塊材料碾碎后進(jìn)行機(jī)械加工，然后用來制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)，被用來制造飛機(jī)零部件的原材料中，通常有90%在生產(chǎn)過程中成為了邊角余料，同時(shí)消耗了大量能源。雖然這些材料可以再循環(huán)，但再循環(huán)的方法也需要經(jīng)過高耗能的重新熔煉回爐，因此，盡可能避免浪費(fèi)、減少“材料生命全周期工序環(huán)節(jié)”無疑是更好的辦法，溫德克復(fù)合材料飛機(jī)為此給出了最佳解決方案。隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，越來越多的復(fù)合材料被從小飛機(jī)逐步應(yīng)用于民航大飛機(jī)制造業(yè)。在提高飛機(jī)強(qiáng)度、韌度的同時(shí)，復(fù)合材料的大面積使用還使飛機(jī)變得越來越輕，大幅度提升了飛機(jī)的燃油效率。另外，使用復(fù)合材料還可以大幅降低緊固件和鉚釘?shù)臄?shù)量。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“復(fù)合材料只有5%的廢料，而鋁是90%”。事實(shí)上，正是溫德克飛機(jī)開辟了航空制造的復(fù)合材料時(shí)代！