复合材料进入航空制造业,未来的飞行将发生重大的变化!

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在2012珠海航展上,一辆兰博基尼新一代旗舰跑车Aventador和许多波音机模具一起出现的波音展台,吸引了大家的注意力。跑车与航空的关系是什么?事实证明,虽然在功率,大小和形状,喷气飞机和汽车可以描述为远,但为了提高性能,减少燃料消耗和排放量,都不约而同地选择了复合材料已被用作主要结构材料。波音787飞机和Aventador,是“复合材料至亲”。

经过几十年的发展,事实上,复合材料的结构在飞机上的重量中越来越大,现在已经开始广泛应用于民用航空制造业。一些先进的飞机重量复合材料有超过金属材料,占总重量的50%以上,这已成为民用飞机在未来的趋势材料选择。

复合材料是指由两个或两个以上的不同性质、不同形式的组分由复合技术和一种非均质材料的组合而形成的复合材料。它不仅保持原材料的主要特点,并显示原材料没有发现在新的性能,性能可以通过设计的材料组件相互补充和相互连接,以获得优异的性能。

现在,复合材料已成为航空材料的宠儿。美国飞机制造公司制造了世界上第一架全复合飞机。它采用了碳纤维层,耐热性好,夹在环氧化物。这种复合结构比目前广泛使用的铝、钢和钛合金材料的光的一半,强度和耐热性几乎是相同的。正是因为他们有这些优势,世界飞机制造业巨头波音公司和空中客车公司都在逐步增加使用复合材料的比例在飞机上,并在开发和生产的复合材料的大量投资。

波音公司的新型787梦想飞机的材料,大大提高,达到50%,比复合材料,远远超过铝占20%,主要为碳纤维增强型复合材料(CFRP)。波音777在复合材料中约12%,50%的铝。此外,为波音747-8洲际飞机和波音747-8货机也采用了很多新技术,波音747系列的新车型,包括复合材料的使用。和波音777飞机,波音747-8飞机广泛使用的新一代铝合金,更重要的是,它仍然襟翼,扰流板,机舱和方向舵采用石墨复合材料。

波音公司的竞争对手,空中客车公司是第一个在大型民用飞机上广泛使用复合材料的飞机制造商。从事近30年的飞机制造,空客飞机复合材料结构重量的增加,从最初的空中客车A300飞机均小于5%到25%的空客A380飞机,53%架空客A350XWB。这是第一次,复合材料的使用比金属。A350XWB复合材料的比例,轻金属材料和硬质合金材料的53%,分别为20%和21%。被称为“空中巨无霸”A380约25%采用先进的轻质复合材料制成,其中22%为碳、玻璃或石英纤维增强塑料,和3%的眩光(玻璃纤维-铝复合材料)材料。

复合材料的使用是显而易见的,在航空航天制造业的变化。以波音787为例,具有更高的燃料效率,每单位的碳排放量减少了,这在很大程度上是由于碳纤维布的使用。碳纤维是由塑料基体(环氧树脂)的碳纤维,树脂对纤维的支撑和保护作用,其密度为30%,比铝轻,比钢轻50%,碰撞能量吸收性能强,在腐蚀、疲劳和老化方面也表现优异。

作为一种碳材料的集合,具有较强的抗拉强度和纤维弹性的两大优点,在纤维的强化中,碳纤维的密度小于1 / 4的钢,但抗拉强度是钢的10倍。碳纤维搭接层的纤维的生产工艺,波音787使用的高韧性颗粒具有很强的韧性,加强起着粘合树脂基体之间的作用,明显增加了飞机,尤其是机舱的强度。

其中最引人注目的是碳纤维复合材料。波音787是一个独特的集成复合机身桶,消除所有的纵向皮肤连接件。有业内人士指出,波音787机身部分节省了1500块铝合金板件和000个4万至5个连接。与传统的板式结构相比,使用复合材料使得车身结构体积较小,但也更轻,强劲,维修费用可以节省30%。

这种材料可以像布一样被切割,所以新的生产工艺减少了废料和废料。现有的飞机主要是由铝制成,必须是大或散装材料破碎机后,然后用于制造飞机结构。90%的原材料用于制造飞机零件,通常在生产过程中已成为剩余的角材。虽然这些材料可以回收,这是毫无疑问的一个更好的方法,以避免浪费。波音787复合解决方案解决这一问题的效率。

空客A350XWB机型采用多片组合体压型也是一个重要的发展,在航空航天复合材料应用的成果,这项技术已经在空客A380飞机验证。空中客车表示,对于运营商和复合材料在运营期内不会有腐蚀和疲劳损伤,但受外来物体的影响(如鸟击),除了目视检查外,还必须加上无损检测(如使用超声波和共振法),并进行必要的维修。除了检查的操作要求外,复合材料在制造过程中还采用超声波或X射线等非破坏性检测方法,以保证产品没有缺陷。为此,空中客车与科研机构合作,开发了先进的无损检测方法。

当然,复合材料不是万能的。波音和空中客车公司在大型民用飞机上的复合材料的使用范围逐步扩大,同时考虑到金属结构的优势。复合材料不适用于飞机的所有部件的制造,其优点是由载荷、应力的类型和部件的位置确定的。空中客车公司继续发展先进的超轻合金。

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