这两年，常坐飞机外出，尝试着选择不同型号的飞机进行体验飞行，其中也包含波音787飞机，除了体验与众不同的机舱窗户渐变色代替手动关窗帘外，更多的是观察飞机的结构和查找与787相关的资料，去研究其制造工艺方面的先进之处。
波音787（Dreamliner）作为全球首款以复合材料为主体的宽体客机，其制造工艺在材料、结构、装配流程等方面均体现了航空工业的前沿技术。以下从材料选择、结构设计、制造工艺及装配流程等维度进行详细分析：
一、材料选择与创新
1. 复合材料主导
- 碳纤维增强聚合物（CFRP）：波音787的复合材料占比达50%，涵盖机身、机翼、尾翼等主承力结构。采用日本东丽研发的T800S/3900-2B碳纤维，其冲击后压缩强度（CAI）达315-345MPa，兼具高强度与轻量化特性。波音787机身、机翼等主承力结构采用61%碳纤维复合材料（东丽T800S预浸料）、20%铝锂合金、11%钛合金及8%钢材，复合材料占比首次突破50%。相比传统铝合金，碳纤维减重20%-30%，疲劳和腐蚀风险更低，维护成本减少30%。
- 钛合金与铝合金：钛合金用于发动机挂架、翼根连接件等高温或高应力区域，铝合金则用于蒙皮铆接等非主承力部件，以平衡成本与性能。
- 3D打印技术：挪威钛公司采用快速等离子体沉积（RPD）工艺制造钛合金结构件，减少40%原材料消耗，提升生产效率。
2. 材料优势
- 复合材料相比铝合金减重30%-50%，降低燃油消耗20%；抗疲劳与耐腐蚀性显著提升，减少维护频率。
- 机身截面：双圆弧形设计优化空间利用率，顶部高度提升为乘客提供更宽敞的头部空间。
- 超临界机翼：延续777技术，提升5%气动效率，降低油耗。
- 机身筒体：采用自动纤维铺放（AFP）工艺制造整体筒段，减少1500个零件和4-5万个紧固件。
二、结构设计与制造工艺
1. 机身结构
机身段制造
- 机头41段：Spirit Aerosystems使用两台AFP机器和热压罐共固化长桁与蒙皮，集成驾驶舱、舱门等系统。
- 数字化装配：日本川崎重工采用电磁铆接技术（EMR），提升铆接精度与效率。
- 使用AFP和ATL设备实现高精度铺层，例如B777X翼梁采用龙门式高速AFP设备，10分钟完成30米预浸带铺放。
- 引入光纤传输系统与电传操纵（FBW），减少液压管路，提升操控响应速度。
- 半硬壳式设计：机身由纵向桁条、横向隔框组成骨架，外覆复合材料蒙皮铆接，形成半硬壳式结构。机身分段制造（共6段），采用自动铺丝（AFP）工艺，单段筒体减少1500个零件和4万个紧固件。
- 一体成型工艺：机身筒体通过AFP在阳模上铺贴预浸料，热压罐固化后整体成型，避免传统铆接带来的应力集中问题。
2. 机翼制造
- 翼盒由三菱重工主导，采用共胶接技术将蒙皮与长桁一体化成型。
- 前后梁长28米，分段铺贴后热压罐固化，翼尖设计优化气动阻力。
- 超临界翼型与斜削式小翼：优化气动效率，降低高亚音速阻力；机翼壁板采用“湿蒙皮+干长桁”共胶接工艺，蒙皮通过ATL（自动铺带）制造，翼梁分段后整体铺贴成型。
- 变弯度控制：通过襟副翼与扰流板联动调整机翼弯度，动态优化气动性能，降低油耗。
3. 尾翼与发动机挂架
- 尾翼采用碳纤维夹层结构，垂直尾翼通过AFP工艺制造；发动机挂架使用钛合金组件，优化压力分布以提升可靠性。
三、装配流程与全球供应链
1. 分段制造与总装
总装工艺与效率
1） 模块化生产
全机17个主要部件由全球50个工厂协作制造（如意大利、日本、美国），通过改装的波音747运输机（LCA）运至埃弗雷特总装厂。
- 全球65%的部件由日本、意大利、韩国等供应商生产，如日本三菱重工负责机翼，意大利Leonardo生产前机身段。
2）总装周期
- 总装线采用模块化集成：各分段通过激光定位校准，确保尺寸精度；发动机、航电系统等最后安装，随后进行喷涂与试飞。
采用流水线作业，总装时间仅需3-4天（737需11天），目标产能为每月10架。
2.关键站位：
- 第1站位：机身筒体对接与系统安装。
- 第2站位：机翼与机身连接，安装发动机短舱。
四、客舱与系统集成
1. 舒适性设计
- 空气系统：引入气体过滤技术，湿度控制提升至1228米等效高度，减少乘客不适。
- 照明与舷窗：LED动态穹顶模拟天空，电致变色舷窗可调节透光度。
2. 电缆与系统
总装阶段铺设180公里电缆，通过数字孪生技术预验证系统兼容性。
五、供应链与技术创新
1. 全球协同平台
使用达索PLM系统实现6000名工程师跨地域协作，较传统流程效率提升40%。
2. 环保工艺
喷漆采用低VOC溶剂，复合材料埋入光纤实现损伤实时监测。
通过上述工艺，波音787实现了燃油效率提升20%、碳排放降低20%的目标，同时为后续机型（如777X）的复合材料技术升级奠定基础。
六、挑战与创新突破
1. 制造难点
- 复合材料内部损伤检测：通过电子传感器实时监测应力分布，弥补目视检查的局限性。
- 全球供应链协同：部件尺寸误差曾导致总装困难，出现了与777第一架飞机部件对接时的对接间隙问题，波音也是通过激光扫描实样与数字化修正校准来解决。
2. 未来趋势
- 复合材料比例持续提升（如B777X机翼达100%复合材料），3D打印技术向更复杂结构扩展。
波音787的制造工艺融合了材料科学、数字化制造与全球供应链管理，其核心创新在于复合材料的规模化应用与集成化设计。
沈阳市特种加工学会
诚邀您的加入
沈阳市特种加工学会是沈阳市特种加工学科的群众性学术团体。本会接受沈阳市机械工程学会的领导。接受全国特种加工学会的指导。本会的宗旨是：维护道德风尚，崇尚实事求是；促进技术进步，坚持民主办会；强调以人为本、谋求社会福祉。以学术交流为中心，大力促进沈阳市特种加工领域新技术、新工艺、新装备的开发和应用，加快科技成果转化为生产力的进程，提高学术水平，发展产业市场，为沈阳市的经济建设做出贡献。现有遍布全国各地会员2600人，企业会员1300余家。学会为服务会员、助力行业腾飞，推出五大特色服务：特技服务、科技服务、资源服务、智力服务、智数服务。
