从专利角度分析飞机蒙皮拉伸成形技术的发展

唐肇蔚

摘要：蒙皮零件是构成飞机气动外形的关键零件，拉伸成形技术是飞机蒙皮的重要成形技术之一，近几十年来该技术得到迅猛发展。本文对飞机蒙皮拉伸成形技术的专利申请进行分析，从国内、国外的专利申请量、申请人的分布等多方面统计分析。

关键词：飞机蒙皮;拉伸成形技术;

1 概述

蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件，具有尺寸大，品种多，外形复杂，生产批量小等特点，其成形精度影响着飞机的速度等与气动外形相关的性能。近年来，国内新一代大型客机的研制，对蒙皮零件的成形精度和表面质量等提出了更高的要求。此外，随着国内外对公务机等项目需求的不断增加，正推动着蒙皮生产产能不断增加。常用的飞机蒙皮成形技术主要有以下几种：拉伸成形技术、柔性多点夹持切边技术、镜像铣削技术和蠕变时效成形技术。其中，采用蒙皮拉伸方法加工的飞机蒙皮零件部位包括机身，前缘，机翼，短舱，整流罩，机身尾部。

传统蒙皮拉伸通常为拉包成形，首先是拉伸机钳口夹持板料进行预拉伸，载荷能够保证板料刚好进入塑性状态，随后保持板料与模具相切，通过钳口施加载荷，工作台上升，拉形模具抬升，钳口随板料成形过程转动，保持板料与模具表面相切，板料逐步贴合模具，最终成形。近年来的新兴技术柔性多点模具进行蒙皮拉伸成形与传统蒙皮拉伸成形过程基本一致;主要区别在于：柔性多点模具调形后的包络面与零件理论内型面并不一致、柔性多点模具表面需要覆盖弹性垫层，以预防离散冲头在蒙皮零件表面产生压痕、以及柔性多点模具具有围板结构，使零件毛坯尺寸可能略大于传统固定模具蒙皮拉形的零件。

2蒙皮拉伸成形中国专利申请状况分析

2.1 中国专利申请概况

图1显示了蒙皮拉伸成形在中國的专利申请量趋势。从图中可以看出，蒙皮拉伸成形在中国的发展，最早的专利出现于2006年，专利发明了一种用于多点成形设备的复合柔性垫层（CN1994611A），申请人为北京航空航天大学，其是应用于蒙皮的多点柔性拉伸成形模具上，可见中国的蒙皮拉形技术起步较晚，但是起点较高，但是该专利发明属于模具的一个基本部件，非整体模具。之后随着航空航天技术的快速发展，与之紧密相关的蒙皮拉伸成形技术专利得到井喷式的发展，每年的专利均高速增长，该项技术在这个阶段被广泛关注，技术的成熟度极大的提升。专利涉及的技术也更加具体和细化，大多是对本公司现有技术的改进和补充。从国内蒙皮拉伸成形技术的申请趋势可以看出，在我国该项技术仍处于快速发展阶段，技术的广度已经得到大幅度提升，但细分领域，包括精密度，操作易用性和稳定性，都正在快速提升。

2.2中国专利申请情况具体分析

中国申请人类型和所占比例见图2。从图中可以看出，企业申请人所占比例最高，超过50%，其次是大专院校，再次是个人，最后是科研单位。上述数据可以反映出，蒙皮拉伸成形技术申请专利主要是工业应用和理论研究并重的，而且目前中国民用飞机高速发展，未来也必然集中于企业和高校，而相关科研单位的专利申请也会大量增加。受限于该领域的应用和技术限制，个人申请者必然受限。其中中国蒙皮拉伸技术申请专利较多且较典型的申请人是吉林大学。吉林大学的专利集中在板材拉伸成形，高柔性多头拉伸成形，充液垫，三维曲面拉伸成形等领域。

中国主要申请单位及申请数量见图3。从图中可以看出申请量较多的公司是吉林大学和沈阳飞机工业（集团）有限公司，北京航空航天大学和上海飞机制造有限公司的申请数量也很高。可以看出飞机蒙皮拉伸成形技术主要集中于航空类研究院校和大型飞机制造企业，从该技术的起点和技术瓶颈等方面也容易理解其原因。

3飞机蒙皮拉伸成形全球专利申请状况分析

3.1全球专利申请趋势

全球专利申请数量见图4，由于中国的情况上文已经进行了分析，而且考虑其发展速度和特殊性，本分析将中国排除在外。从图中可以看出，全球的飞机蒙皮拉伸成形技术发展的顶峰在2000年到2010年之间，在此期间，美国、德国和日本等西方发达国家的发展速度非常迅速，航空航天技术得到飞速发展，因而此项技术的专利申请量达到顶峰。2010年后，西方发达国家的经济增速放缓，飞机制造发展放缓，将更多的研究和生产转移至发展中国家。另外，随着自动化和精密化水平的提高，目前该项技术的发展遭遇瓶颈，暂时并没有巨大的创新空间。因此，专利的申请数量锐减，发展速度减缓。

3.2全球专利申请情况具体分析

飞机蒙皮拉伸成形技术全球专利申请国家分布见图5。其中CN代表中国，US代表美国，EP代表欧专局，DE代表德国，GB代表英国。其中中国，美国，德国是该项技术的主要分布国。

飞机蒙皮拉伸成形技术全球主要申请人包括美国的BOEING公司、欧洲空中客车公司。波音公司针对飞机蒙皮拉伸成形技术主要有：板材拉伸成形，纵梁装置改进等。

在飞机蒙皮拉伸成形中，拉伸成形模具是常见成形设备，对拉形模的结构进行改进，基本上可以分为：拉形模、多点柔性拉形模、其他辅助手段拉形模。同时随着工业自动化水平的提升，程序的控制是飞机蒙皮拉伸成形发展的另一个主流。

4 总结

通过以上分析可以看出，飞机蒙皮拉伸成形技术在欧美起步比较早，专利主要集中在美国和德国，申请量在20世纪90年代到21世纪初由爆发期逐渐到衰落期，技术已经比较成熟，但缺少突破性研究。中国则才刚刚起步，申请量也在高速的增长。中国申请人主要是企业和高校，这与提高飞机蒙皮成形质量，以及与飞机蒙皮的需求有直接关系，促进了我国的航空领域的发展。

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