復(fù)合材料,，航空航天領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料

寂靜天花板

從0到53%的跨越,，復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料中扮演著越來越重要的角色,。
自1959年德國斯圖加特大學(xué)研制出第一架全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的滑翔機“Phönix”以來,，復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料中扮演著越來越重要的角色,。
4 {, Q( s# K( Z7 [# E, g復(fù)合材料具有較高的比剛度與比強度,、出色的耐疲勞性能和抗腐蝕等特點,，能滿足民用飛機結(jié)構(gòu)輕量化、高可靠性,、使用壽命長,、效能高等性能需求。此外,，復(fù)合材料其他功能性的應(yīng)用潛力,，如一體化傳感器等，也成為其得以廣泛應(yīng)用的又一優(yōu)勢,。目前,，復(fù)合材料已成為繼鋁合金后，航空航天領(lǐng)域又一重要的結(jié)構(gòu)材料,。
大體而言,，復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用可以分為三個階段：
- V5 l4 M# v  k5 \; W5 ]& }第一階段是應(yīng)用于受載不大的簡單零部件，如各類口蓋,、舵面,、阻力板、起落架艙門等,；
第二階段是應(yīng)用于承力較大的尾翼級主承力結(jié)構(gòu),，如垂直安定面、水平安定面、全動平尾,、鴨翼等,；
第三階段是應(yīng)用于主承力結(jié)構(gòu)，如機翼盒段,、機身等,。
7 @5 s2 a: F* b% Y" K. I/ }# l20世紀(jì)70年代中期，空客首次將復(fù)合材料應(yīng)用于第三代大型民用飛機A300飛機的垂尾,。80年代,，在A310的活動面和垂尾上成功應(yīng)用了復(fù)合材料之后，空客逐漸增加了復(fù)合材料在其他結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用,。在第四代大型民用飛機A320上,，空客將復(fù)合材料應(yīng)用擴大到了尾翼，并使A321,、A319,、A330基本保持了相同的應(yīng)用水平。在隨后的第五代大型民用飛機A340上,，復(fù)合材料的比重提高到8%,。
# T3 i" n! B$ W' a在第六代大型民用飛機A380的研制中，空客再次進(jìn)行大膽創(chuàng)新,，在中央翼盒,、機翼前緣、翼肋,、機翼后緣操縱面,、機身上蒙皮壁板、地板梁,、后承壓隔框,、機身尾段、尾翼,、整流罩和起落架艙門等處廣泛使用了復(fù)合材料,，使復(fù)合材料的比重達(dá)到25%，用量高達(dá)30噸,。
在A380之后,，為了與波音787競爭，空客研制了載客量和航程與波音787處于同一級別的A350飛機,。在2004年底空客最初宣布的A350方案中,，其結(jié)構(gòu)減重目標(biāo)是比A330輕8噸。為此,，空客計劃將A350的復(fù)合材料用量提高到結(jié)構(gòu)重量的約40%,。
此后,，迫于客戶的壓力和波音787取得的市場成功，空客先后數(shù)次對A350的結(jié)構(gòu)選材和設(shè)計進(jìn)行修改,，在2006年12月提出的A350XWB方案中,，全機結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用量上升到53%，其中央翼盒和外翼盒均采用碳纖維復(fù)合材料制造,，復(fù)合材料使用面積約達(dá)442m2,。
% ]& R1 [0 a6 N8 M9 m波音公司在第二代至第四代大型民用飛機737、757和767等機型中,，復(fù)合材料的應(yīng)用僅涉及起落架艙門、整流罩,、升降舵,、方向舵、襟翼和副翼等次承力結(jié)構(gòu),。到了20世紀(jì)90年代中期,，在第五代大型民用飛機777研制中，波音將復(fù)合材料應(yīng)用擴大到了垂直安定面和水平安定面等主結(jié)構(gòu),，使復(fù)合材料的用量達(dá)到了10%,。
鑒于復(fù)合材料研究的進(jìn)展和在軍機上應(yīng)用的成功經(jīng)驗，波音在第六代大型民用飛機787研制中,，將復(fù)合材料的應(yīng)用擴大到了50%,。因此，波音787也被人們戲稱為“塑料飛機”,。
) k4 Y9 U( o4 _2 w復(fù)合材料優(yōu)異的抗裂紋擴展性能使波音787的檢修變得更容易,，通常只要通過目視檢查沒有發(fā)現(xiàn)損傷，就不必進(jìn)行修理,，其日常維護費用比波音777降低32%,。
此外，復(fù)合材料優(yōu)異的抗疲勞特性為波音787客艙的大尺寸舷窗設(shè)計提供了可能,，其窗口面積比空客A330/A340增大了78%,，有效提升了旅客的乘坐體驗。同時,，由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)比鋁合金結(jié)構(gòu)具有更好的耐腐蝕性,，有利于提高客艙的壓力和濕度，使旅客感到更加舒適,。
+ g$ b1 _) ?' N2 s) y9 i" S俄羅斯是傳統(tǒng)的航空強國,，在其重振航空工業(yè)的代表性產(chǎn)品MS-21上，俄羅斯聯(lián)合飛機公司（UAC）采用自動鋪絲工藝進(jìn)行纖維干絲鋪貼預(yù)成型體,，然后利用液體成型工藝制造MS-21的外翼,。
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MS-21是一種單通道商用飛機,，其復(fù)合材料用量達(dá)到31%。UAC公司認(rèn)為,，如果MS-21能夠通過使用復(fù)合材料降低飛機機翼結(jié)構(gòu)的重量和制造成本,，俄航空企業(yè)將能在競爭激烈的單通道商用飛機市場取得成功。
8 K* j5 B& Z: eMS-21采用液體成型工藝在降低機翼結(jié)構(gòu)制造成本上的作用主要有兩個方面：
: n* R: B- O, L- L( K; I3 w首先,，由于MS-21機翼結(jié)構(gòu)尺寸較大,，量產(chǎn)后飛機在材料以及設(shè)備上的成本降低會十分可觀。
其次,，機翼結(jié)構(gòu)的整體化設(shè)計和制造大幅減少了緊固件數(shù)量以及工人勞動量,。UAC表示，相對于熱壓罐工藝,，液體成型工藝能實現(xiàn)減重10%,，成本降低30%，能源損耗降低50%,，工時減少30%,。雖然上述數(shù)據(jù)有待證實，但液體成型工藝的成本優(yōu)勢毋庸置疑,。
另一家飛機制造商加拿大龐巴迪公司也在嘗試擴大對復(fù)合材料的應(yīng)用,。在其最新研制的C系列飛機中，復(fù)合材料的用量達(dá)到20%,，主要用于中央翼,、后機身、尾錐和平尾等處,。
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kayex

最近我在研究碳纖維跟玻璃纖維，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在制作碳纖維板的方式確實沒啥很深的技術(shù),，大家都是手工作坊在做,，也沒有一個標(biāo)準(zhǔn),，這看似高科技的玩意被做壞了都

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