碳纖維材料生產(chǎn)波音787

[慧聰機(jī)械工業(yè)網(wǎng)]美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間09年12月15日上午10點(diǎn)27分，被稱為“夢(mèng)想飛機(jī)”波音787成功試飛。經(jīng)歷了2年5次推遲的“耽擱”，這次試飛受到了全世界的關(guān)注。據(jù)當(dāng)?shù)孛襟w報(bào)道，當(dāng)天幾萬(wàn)人冒雨觀看試飛過程。

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“夢(mèng)想飛機(jī)”波音787緣何備受矚目？

787為何如此受關(guān)注？這項(xiàng)被波音視為最大競(jìng)爭(zhēng)籌碼的機(jī)型為何一再推遲？本報(bào)采訪相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覟槟灰唤獯稹?

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787正在讓“人們不敢輕易嘗試”的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)

早在項(xiàng)目提出之初，波音公司就宣布在即將研制的新型飛機(jī)主體結(jié)構(gòu)（包括機(jī)翼和機(jī)身）上大量采用先進(jìn)的復(fù)合材料。這一決定引起廣泛關(guān)注。787之所以被稱作“夢(mèng)想飛機(jī)”也歸結(jié)于此——這是第一款以碳纖維合成物為主體材料的民用噴氣式客機(jī)。 123456

“在787之前，對(duì)復(fù)合材料用得最多的是空客A380，達(dá)到25％，且在重要的機(jī)翼位置使用了這種新材料。當(dāng)時(shí)，這已經(jīng)是整個(gè)飛機(jī)制造業(yè)的壯舉。”北京化工大學(xué)材料學(xué)院副院長(zhǎng)徐樑華說，“因?yàn)檫^去的很多年里，我們只敢把碳纖維復(fù)合材料用在機(jī)尾等次要受力件上。” 本文來(lái)自123

根據(jù)波音公司發(fā)布的消息，787機(jī)體結(jié)構(gòu)的50％都采用更輕、更堅(jiān)固的碳纖維合成材料代替鋁合金，而且復(fù)合材料也大量應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等部件。 123,123

相比鋁合金、鈦合金等傳統(tǒng)材料，碳纖維復(fù)合材料有更加耐磨耐用、更具抗腐蝕性等顯著特點(diǎn)，但最重要的優(yōu)勢(shì)在于它的輕。 123456

徐樑華說：“用合成材料制造的機(jī)身比較輕，這樣單位飛行距離的油耗大幅度降低。像787就能比同等大小的其他型號(hào)客機(jī)節(jié)省燃料20％。”

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在787大規(guī)模使用復(fù)合材料之后，空客也宣布其2010年投入運(yùn)營(yíng)的飛機(jī)A350上將有全新的復(fù)合材料機(jī)翼和鋁鋰合金機(jī)身，新材料的使用比例高達(dá)60%。“中國(guó)即將推出的C919也將使用15％—25％的新材料。不管如何，在機(jī)身上大規(guī)模使用新型復(fù)合材料，達(dá)到節(jié)能減排的目的，已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)。”徐樑華說。

大多數(shù)業(yè)內(nèi)專家一直都在等待787的正式推出，因?yàn)?ldquo;大家都想看看新材料的使用能做到什么程度”，徐樑華便是其中之一。 123456

他告訴記者，雖然碳纖維復(fù)合材料在軍用機(jī)上的使用已經(jīng)很多年，但是因?yàn)殛P(guān)乎太多人的生命安全，在客機(jī)上大家都不敢輕易嘗試。

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787實(shí)現(xiàn)了航空公司的哪些“夢(mèng)想”？ copyright 123456

波音公司稱，787是航空史上迄今銷售最快的民用機(jī)型，在全球擁有來(lái)自55家客戶的840架訂單，其中包括中國(guó)航空公司的57架。

那么，787究竟實(shí)現(xiàn)了航空公司的哪些“夢(mèng)想”？ 本文來(lái)自123

北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)關(guān)志東說，787飛機(jī)通過大量應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料，采用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)，高效的系統(tǒng)和空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)，使得其重量大大降低，飛行的時(shí)候大約能比同類飛機(jī)節(jié)省20%的燃油。“光這一項(xiàng)，就能給航空公司降低不少成本，因?yàn)樵诳深A(yù)見的將來(lái)，燃油的價(jià)格上升的趨勢(shì)很難逆轉(zhuǎn)”。 本文來(lái)自123

事實(shí)上，787的誕生從某種意義上說是和空客A380競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。“空客380主要用于交通樞紐之間的飛行，比如紐約和北京、上海這樣的大城市，而波音787的目標(biāo)市場(chǎng)是‘點(diǎn)對(duì)點(diǎn)’的飛行。”關(guān)志東說。 123,123

他解釋道，相比在樞紐機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)機(jī),乘客更喜歡一站式的直達(dá)飛行，如從紐約直接飛到沈陽(yáng)，而不是先飛到北京再轉(zhuǎn)機(jī)到沈陽(yáng)，因?yàn)闊o(wú)需中途降落讓乘客轉(zhuǎn)機(jī)，直飛可節(jié)約大量的旅行時(shí)間，還能避免中途轉(zhuǎn)乘飛機(jī)的種種麻煩。 123456

與此同時(shí)，航空公司是通過增加航班頻率和增開更多的目的地機(jī)場(chǎng)而非通過加大飛機(jī)的尺寸，來(lái)滿足這種不斷增長(zhǎng)的航空旅行客運(yùn)量。航線越開越多，航空公司的營(yíng)運(yùn)模式也就更傾向于直飛為主的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”模式。因而，體積中等以及可載客200至300人情況下進(jìn)行長(zhǎng)途飛行的787自然備受關(guān)注。 123,123

另一方面，在各航空公司都大力推崇“人性化服務(wù)”的時(shí)代，飛機(jī)是否“舒服”也是其需重點(diǎn)考慮的，而787帶給乘客的體驗(yàn)無(wú)疑是舒適的。 copyright 123456

關(guān)志東介紹，由于使用最先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)艙降噪技術(shù)，787的噪音很小。“乘坐這個(gè)飛機(jī)時(shí)人很少會(huì)有惡心、耳鳴的現(xiàn)象”，他說，這是因?yàn)?，波?87飛機(jī)在10000米高空巡航時(shí)，客艙內(nèi)的壓力保持在相當(dāng)于海拔1800米左右的氣壓，而一般的客機(jī)機(jī)艙內(nèi)的壓力會(huì)達(dá)到大體相當(dāng)于海拔2400米的氣壓。 本文來(lái)自123

不僅如此，787的客艙照明使用了節(jié)能型的陣列發(fā)光二極管，機(jī)組可以在飛行中控制天空特色艙頂?shù)牧炼群皖伾?，空氣過濾裝置使機(jī)艙內(nèi)的空氣更加新鮮……

新技術(shù)和新模式讓夢(mèng)想的起飛一拖再拖 123456

在過去幾年里，787的推出被一拖再拖，有些航空公司因?yàn)槠渫七t交付而撤銷訂單。外界傳言787因?yàn)榧夹g(shù)問題曾多次進(jìn)行“返工”、“回爐”。就在一年前，波音公司高層還曾發(fā)表聲明表示，787新型客機(jī)上約有3%的組裝元件出現(xiàn)安裝問題必須予以更換。

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對(duì)此，專家認(rèn)為是由多方面原因造成的。787嘗試在管理上采用全球合作的模式，零件供應(yīng)商遍及全球，合作者達(dá)到40多家，形成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的生產(chǎn)鏈。為了運(yùn)作這個(gè)世界上最復(fù)雜的生產(chǎn)線，波音的構(gòu)想是通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)與世界各地的供貨商保持密切聯(lián)系。“他們?cè)臼窍虢档统杀?，加快飛機(jī)研制進(jìn)度，但真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)不太理想。有些供應(yīng)商不能做到準(zhǔn)時(shí)供貨。”關(guān)志東說。 123456

另一方面，關(guān)志東表示，此次使用的大量新技術(shù)在嘗試過程中會(huì)出現(xiàn)以前沒有遇到過的問題。解決這些問題，還需要一定工程經(jīng)驗(yàn)的積累。徐樑華也認(rèn)為，波音787在新技術(shù)上的嘗試，雖然很有意義，但以當(dāng)時(shí)的情況來(lái)說確實(shí)頗為大膽。 本文來(lái)自123

在人們感嘆新材料帶來(lái)的巨大能源節(jié)省空間的同時(shí)，也有許多人提出擔(dān)憂。國(guó)外有專家認(rèn)為，復(fù)合材料與別的材料連在一起時(shí)在隱蔽處或許存在瑕疵，也就是說，787在空中飛行時(shí)將面臨新的挑戰(zhàn)。 本文來(lái)自123

徐樑華也表示這是不可避免的問題，由于革命性地使用碳纖維材料，如何與其它材料結(jié)合這個(gè)問題仍具有風(fēng)險(xiǎn)性。“就好像自行車制造過程中，如果三腳架使用復(fù)合材料而軸承使用金屬也會(huì)出現(xiàn)接口問題”。但他對(duì)此持樂觀態(tài)度，“任何材料都有不同程度的風(fēng)險(xiǎn)。從現(xiàn)在的情況來(lái)看，波音公司對(duì)這個(gè)問題有充分的考慮，他們將整個(gè)機(jī)身繞出來(lái)，盡量減少接口是一個(gè)不錯(cuò)的方法”。

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實(shí)際上，對(duì)于一波三折的787來(lái)說，12月15日的試飛只是一個(gè)新的開始。787在證明自己取得成功之前“仍有很長(zhǎng)的一段路要走”。未來(lái)9個(gè)月，6架787將晝夜不停地進(jìn)行試飛，測(cè)試項(xiàng)目包括半空失速、俯沖和急轉(zhuǎn)彎，同時(shí)還要接受極端高溫和低溫條件考驗(yàn)。 本文來(lái)自123