空客A350和波音787是世界上許多主要航空公司的最愛。運營商們很欣賞這兩款寬體飛機在長途飛行方面的經(jīng)濟性和客戶體驗之間的奇妙平衡。而大量碳纖維復合材料的應用在背后做出了卓越的貢獻。在本文中，讓我們來了解一下制造商為何使用了這種材料。
復合材料通常是由兩種或兩種以上具有不同物理和化學性質(zhì)的材料制成的。當它們結合在一起時，比單獨的材料特性更強。除了空客A350和波音787兩款寬體客機，在A320等流行的單通道飛機也使用了一系列由碳纖維復合材料制成的部件，如尾翼和尾翼；而像A380這樣的寬體客機，碳纖維復合材料已經(jīng)占超大型客機機身結構的20%以上。
碳纖維復合材料一直是航空領域的支柱，但近年來它們的使用量大幅增加。這種現(xiàn)象并不奇怪，因為它有很多好處。談新聞復合材料不像鋁這樣的標準材料那么重。此外，并不會因為外部因素而磨損。這就是為什么A350和787的50%以上材料都是由復合材料制成的一個關鍵原因。
波音787飛機重量約50%、體積約80%使用了碳纖維復合材料，此外這款飛機也使用了20%的鋁、15%的鈦、10%的鋼和5%的其他材料。波音公司可以從這種結構中受益，因為在重量方面可以節(jié)省大量費用。由于碳纖維復合材料構成了結構的大部分，使得總重量減少了20%。
此外，復合材料結構可以適應任何形狀。隨后，波音公司用多個管狀部件組成了787的機身。這種方法被用來形成許多需要組裝在一起的較小鋁板。
波音787比以往任何一款波音商用飛機都更多地使用了復合材料。與之相比，波音777中復合材料占比僅為10%。
波音公司指出：為特定應用選擇最佳材料意味著要分析機身的每個區(qū)域，以確定最佳材料，考慮到部件在機身壽命內(nèi)所經(jīng)歷的操作環(huán)境和載荷。例如，鋁對拉伸載荷很敏感，但對壓縮載荷處理得很好。另一方面，復合材料在處理壓縮載荷方面效率不高，但在處理張力方面表現(xiàn)出色。復合材料的廣泛使用，特別是在機身的張力加載區(qū)域，大大減少了與鋁制結構碰撞時的疲勞維護。
基于上述因素的分析也導致鈦的使用增加。當負載表明金屬是首選材料系統(tǒng)，但環(huán)境考慮表明鋁是一個糟糕的選擇時，鈦是一個很好的低維護設計解決方案。使用鈦有幾個優(yōu)點：它能比鋁更好地承受類似的載荷，疲勞問題要少得多，而且具有很強的耐腐蝕性。
這也是空中客車公司也認識到的一個因素。這家歐洲飛機制造商強調(diào)，鈦合金具有獨特的高強度重量比。這種耐熱金屬可以支持更廣泛的飛機工業(yè)制造諸如風扇和低級發(fā)動機壓縮機的磁盤，葉片和其他物體。
復合材料可以通過一系列簡單的步驟進行修復。首先是檢查飛機的損壞情況；然后，在準備區(qū)域和材料之前，將損壞的材料移除，并在進行最終檢查之前對飛機進行修理。
其他優(yōu)異特性
總的來說，在飛機生產(chǎn)周期中有幾種不同的材料。空中客車公司和波音公司都清楚，為了長期安全和成本優(yōu)勢，需要謹慎地平衡制造過程。
空中客車對復合材料很有信心。該公司尤其熱衷于碳纖維增強塑料(CFRP)。通過使用這種材料，成千上萬的微小碳纖維與塑料樹脂固定在一起，以提供相當大的剛性。
空中客車公司表示，有了復合材料，飛機的機身可以既堅固又輕便。與此同時，正如波音公司指出的那樣，由于磨損減少，該框架結構在服役時也需要更少的維護。例如，A350需要的結構維護任務減少了50%。此外，噴氣式飛機的機身檢查計劃是每12年進行一次，而A380則是每八年一次。
效率效益是不可或缺的，尤其是在當今時代，每一分錢和每一次排放都很重要。空中客車公司指出，輕質(zhì)材料是確保燃油效率的關鍵，反過來也有助于可持續(xù)發(fā)展。
不僅僅是上述制造商熱衷于利用復合材料的好處。例如，試圖與波音737等飛機競爭的俄羅斯的MC-21客機也使用了復合材料。值得注意的是，已經(jīng)完成的測試表明，飛機的復合材料翼盒可以在不利的飛行條件下可以保持結構完整。
展望未來
毫無疑問，未來的航空制造工藝中將繼續(xù)在下一個篇章中部署復合材料。值得注意的是，波音公司為其未來的寬體777X建造了一個價值10億美元、12.1萬平方米的復合材料機翼中心。
空中客車公司也一直在準備部署新的復合材料技術及其下一代零氫推進概念。因此，復合材料將繼續(xù)是商業(yè)航空的一個重要特征。畢竟，更堅固的機身可以讓運營商擁有更高效的機隊。
此外，重量的減輕有助于航空公司運輸更多的乘客，同時燃燒更少的燃料、飛行更遠的距離。在這樣一個成本敏感的環(huán)境中，航空公司有望將從復合材料中獲得長期利益。
聯(lián)系客服
