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从0到53%的跨越——复合材料在民机上的应用

[发布日期:2016-08-17 14:39:23] 点击:2158


1959年德斯图加大学研制出架复合材料结构的滑翔机“Phönix”以来,复合材料在航空航天域结构材料中扮演着越来越重要的角色。

复合材料具有较高的比刚度与比强度、出色的耐疲劳性能和抗腐蚀等点,能满足民用飞机结构轻量化、高可靠性、使用寿命长、能高等性能需求。此外,复合材料其他功能性的应用潜力,如体化传感器等,也成为其得以广泛应用的又优势。目前,复合材料已成为继铝合金后,航空航天域又重要的结构材料。

大体而言,复合材料在飞机结构上的应用可以分为三个阶段:

阶段是应用于受载不大的简单零部件,如各类口盖、舵面、阻力板、起落架舱门等;

二阶段是应用于承力较大的尾翼主承力结构,如垂直安定面、水平安定面、动平尾、鸭翼等;

三阶段是应用于主承力结构,如机翼盒段、机身等。

                    

鉴于复合材料研究的进展和在军机上应用的成功经验,波音在六代大型民用飞机787研制中,将复合材料的应用扩大到了50%。因此,波音787也被人们戏称为“塑料飞机”。

复合材料优异的抗裂纹扩展性能使波音787的检修变得更容易,通常只要通过目视检查没有发现损伤,就不必进行修理,其日常维护费用比波音777降低32%

此外,复合材料优异的抗疲劳性为波音787客舱的大尺寸舷窗设计提供了可能,其窗口面积比空客A330/A340增大了78%,有提升了旅客的乘坐体验。同时,由于复合材料结构比铝合金结构具有更好的耐腐蚀性,有利于提高客舱的压力和湿度,使旅客感到更加舒适。

俄罗斯是传统的航空强,在其重振航空工业的代表性产品MS-21上,俄罗斯联合飞机公司(UAC)采用自动铺丝工艺进行纤维干丝铺贴预成型体,然后利用液体成型工艺制造MS-21的外翼。

MS-21是种单通道商用飞机,其复合材料用量达到31%UAC公司认为,如果MS-21能够通过使用复合材料降低飞机机翼结构的重量和制造成本,俄航空企业将能在竞争激烈的单通道商用飞机市场取得成功。

MS-21采用液体成型工艺在降低机翼结构制造成本上的作用主要有两个方面:

先,由于MS-21机翼结构尺寸较大,量产后飞机在材料以及设备上的成本降低会十分可观。

其次,机翼结构的整体化设计和制造大幅减少了紧固件数量以及工人劳动量。UAC表示,相对于热压罐工艺,液体成型工艺能实现减重10%,成本降低30%,能源损耗降低50%,工时减少30%。虽然上述数据有待证实,但液体成型工艺的成本优势毋庸置疑。

而这种优越的结构设计同样被应用于工业产品域:在通风设备中,种大型的工业吊扇正是采用了这种设计理念,巧妙的把机翼上的工艺设计与扇叶性相结合,扇叶材质采用比利时原装进口航空种高强度铝合金,使扇叶硬度和风机整体质量从源头得以保证。扇叶工艺按照严格的进材标准和工艺进行,通过现代整体成型工艺加工,保证扇叶的整体性和稳定性,而扇叶表面则经过T5+表面光亮氧化处理,増强了工业吊扇扇叶的抗腐蚀抗氧化性,能够应对殊环境作业。

WMC FANS工业吊扇利扇叶,的工业吊扇扇叶防断裂措施设计:工业吊扇扇叶内部2套加强筋支撑系统并额外增加钢丝绳防护槽,方面作为加强筋使用,另方面内嵌钢丝防止扇叶意外断裂掉落,加强扇叶强度,完避免扇叶末下垂及扇叶对连接组件的疲劳损耗。

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