飛機(jī)不再金屬專制 復(fù)合材料占比已超金屬

如今，復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用已非常廣泛，復(fù)合材料在總材料中的比例逐步提高，成為衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要指標(biāo)。相對(duì)之下，常規(guī)的金屬材料占比越來(lái)越小。本期飛機(jī)小課堂以兩大飛機(jī)制造商波音及空客的幾大機(jī)型為例，介紹現(xiàn)代民機(jī)中復(fù)合材料的運(yùn)用及發(fā)展趨勢(shì)。

　　有分析人士認(rèn)為，未來(lái)將是全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的時(shí)代，作為飛機(jī)常規(guī)材料的金屬反而會(huì)成為例外的那部分，地位降低許多。這樣的設(shè)想是否會(huì)成真不得而知，有待時(shí)間的驗(yàn)證，不過(guò)我們可以清楚地看到，近年來(lái)大型民機(jī)在結(jié)構(gòu)選材方面，全金屬材料過(guò)渡到全復(fù)合材料是種明顯的趨勢(shì)。

　　美國(guó)貝奇飛機(jī)制造公司曾制造出世界上第一架全復(fù)合材料飛機(jī)。它使用了耐熱性能好的碳纖維層，中間夾有環(huán)氧化物。石墨和環(huán)氧化物的保護(hù)層包裹著一種蜂窩狀材料。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強(qiáng)度和耐熱性幾乎相同。

　　我們來(lái)看看現(xiàn)今波音及空客幾大機(jī)型中，復(fù)合材料有哪些運(yùn)用。首先來(lái)談波音787夢(mèng)想飛機(jī)及波音747-8飛機(jī)。

　　波音787飛機(jī)：

　　波音787飛機(jī)主要由碳纖維復(fù)合材料制成。這種材料可像布料一樣剪裁，因此新的生產(chǎn)工序制造出的邊角余料和廢料減少了?，F(xiàn)有的飛機(jī)主要是鋁制的，必須銑削和切割掉大片或大塊材料來(lái)制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)。被用來(lái)制造飛機(jī)零部件的原材料中，通常有90%在生產(chǎn)過(guò)程中成為了邊角余料。雖然這些材料可以再循環(huán)，但盡可能避免浪費(fèi)無(wú)疑是更好的辦法。787復(fù)合材料方案解決了這個(gè)效率問(wèn)題。


波音787復(fù)合材料的使用　　

與波音777飛機(jī)相比，復(fù)合材料在波音787中的占比有很大提升，達(dá)到50%，遠(yuǎn)超過(guò)鋁所占的20%。而波音777中復(fù)合材料約占12%，鋁占50%。

123456

以下為波音787材料應(yīng)用中各主要成份的占比。

　　復(fù)合材料 – 50%
　　鋁 – 20%
　　鈦 – 15%
　　鋼 – 10%
　　其他 – 5%

　　其中一個(gè)使用復(fù)合材料替代鋁材減少零部件數(shù)量的例子，體現(xiàn)在第一個(gè)桶狀機(jī)身段上，1,500張鋁板共40,000–50,000個(gè)緊固件，緊固件減少了80%。(如圖)


整件復(fù)合材料桶狀構(gòu)造　　

波音747-8飛機(jī)：

　　再說(shuō)波音747系列的新機(jī)型波音747-8，家族成員包括747-8洲際飛機(jī)和747-8貨機(jī)。這款新機(jī)型體現(xiàn)了很多新技術(shù)，包括復(fù)合材料的使用。

　　與波音777飛機(jī)一樣，747-8飛機(jī)廣泛采用新一代鋁合金，同時(shí)，它還在襟翼、擾流板、短艙和方向舵中采用石墨復(fù)合材料。 123,123


747-8材料構(gòu)成　　這些材料具有更卓越的耐用性與抗腐蝕性和抗損壞性，能減少維修，增加飛機(jī)的可用性和創(chuàng)收時(shí)間。質(zhì)量更輕的材料有助于減輕飛機(jī)重量。重量較輕的飛機(jī)其效率得以提高，油耗、維修成本、與重量相關(guān)的導(dǎo)航和起降費(fèi)用降低。得益于此，747-8的重量將減輕907公斤(2,000磅)。

　　此外，另一飛機(jī)制造商空中客車公司也在復(fù)合材料方面不斷嘗試和努力?？湛虯380飛機(jī)、A350 XWB飛機(jī)都有這一創(chuàng)新性傳統(tǒng)的體現(xiàn)。

　　空客A380飛機(jī)：

　　被叫做空中巨無(wú)霸的大型客機(jī)空客A380，約有25%由先進(jìn)輕質(zhì)復(fù)合材料制造，其中22%為碳、玻璃或者石英纖維增強(qiáng)塑料，3%為GLARE(一種玻璃纖維―鋁層壓板)材料。

　　A380還采用了復(fù)合材料制成的中央翼盒，它是連接機(jī)翼與機(jī)身的非常重要的主體結(jié)構(gòu)。包括后壓力艙在內(nèi)的后機(jī)身也有復(fù)合材料的使用。 內(nèi)容來(lái)自123456

　　除復(fù)合材料外，A380還大量采用了先進(jìn)的合金材料，這些材料具有易于修理和維護(hù)的好處。每一種材料都根據(jù)不同部件預(yù)計(jì)將承受的負(fù)荷、壓力和損壞程度而進(jìn)行優(yōu)化使用。

　　空客A350 XWB飛機(jī)：

　　對(duì)于另一款新型A350 XWB寬體飛機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料的表現(xiàn)更加突出，所占比例甚至超過(guò)了50%！

　　它與相比同級(jí)別飛機(jī)結(jié)構(gòu)相比重量更輕，超過(guò)70%的減重是由于采用了53%的復(fù)合材料以及鈦合金、鋁合金等先進(jìn)材料。A350 XWB寬體飛機(jī)的機(jī)身采用創(chuàng)新性的全新碳纖維增強(qiáng)型塑料，進(jìn)一步減少了油耗，同時(shí)更易于維護(hù)。

　　早在2010年12月8日，空中客車公司就開始了首個(gè)A350XWB碳纖維結(jié)構(gòu)機(jī)身桶的生產(chǎn)。(如圖)


空中客車公司在其位于西班牙的Illescas工廠開始了首個(gè)A350XWB碳纖維結(jié)構(gòu)機(jī)身桶的生產(chǎn)?！　?123456

2012年4月25日，用于對(duì)A350XWB寬體飛機(jī)進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試的飛機(jī)后端機(jī)身抵達(dá)總裝線，空客A350XWB后機(jī)身段長(zhǎng)20米，采用的是碳纖維復(fù)合材料，由機(jī)身尾段和四塊后機(jī)身蒙皮組成。(如圖)


首個(gè)空客A350XWB寬體飛機(jī)后機(jī)身段運(yùn)抵總裝線　　將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)制造，需要遵循循序漸進(jìn)的的方式。通過(guò)多年的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，復(fù)合材料使用比例逐步提高，飛機(jī)各方面的性能也因此得以逐步提升。(星空)

來(lái)源： 新浪航空 www.cfrp.com.cn