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复合材料在飞机上应用的优缺点

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-13  来源:碳纤维及其复合材料生产技术  浏览次数:125
核心提示:对于飞机和零部件制造商而言,复合材料的最大缺点可能是与金属相比,其初始成本较高。较高的成本主要是由于纤维的价格以及制造最终材料所需的复杂过程。此外,很难判断复合材料飞机部件的内部结构何时被损坏。这使得检查困难并且成本更高。
  复合材料,尤其是由玻璃纤维碳纤维和凯夫拉尔纤维制成的复合材料,在飞机工业中得到了广泛的应用。它们比铝(飞机机身中最常用的金属)更坚固、更轻。复合材料之所以如此命名是因为它们由两种或多种材料组成。飞机中使用的复合材料由悬浮在环氧树脂基质中的纤维组成。

  玻璃纤维复合材料是由玻璃纤维和环氧树脂制成的复合材料。它于1950年代由波音公司首先用于飞机。波音787梦想飞机是第一架使用50%复合材料(主要是碳纤维复合材料)制造的商用飞机;全日空航空公司于2011年10月投入使用的首架787,飞机的其余部分主要由铝、钛和钢组成。

  复合材料已经彻底改变了航空业,但其使用确实带来了一些工程和维护方面的挑战。复合材料在飞机上应用的主要优缺点在于:

优 点

  轻量化是复合材料使用的最大优势。重量轻的飞机更省油,因为它需要更少的燃料来推动机身前进。复合材料的强度也令人难以置信,因此强度/重量比(也称为比强度)要比制造飞机所用的金属高。另外,它们抗压缩性能优异,在张力下不易断裂。

  复合材料不易因刺激性化学物质而腐蚀,并且对许多高反应性化学物质具有抵抗力。它们还可以应对各种温度变化以及暴露于恶劣天气中。

  复合材料的另一大优势是其设计灵活性:它们可以被制成大致形状。单个形状奇怪的复合材料可以替代许多其他材料制成的材料。这种有用的特性可以减少维护,因此可以降低飞机使用寿命内的成本。

  一旦形成复合材料结构件,它将保持其形状和大小。这在飞机工业中很重要,因为这意味着由复合材料制成的飞机的关键部分不会随着环境条件的变化而增长,收缩或变形。

缺 点

  对于飞机和零部件制造商而言,复合材料的最大缺点可能是与金属相比,其初始成本较高。较高的成本主要是由于纤维的价格以及制造最终材料所需的复杂过程。此外,很难判断复合材料飞机部件的内部结构何时被损坏。这使得检查困难并且成本更高。

  在检查过程中出现的一个问题是复合材料分层现象。分层的最大原因是对复合件的影响。水可能会渗透到一块已经分层的零件上,并且随着水的冻结和融化,问题会变得更加严重。

  标准的飞机复合材料不导电,因此,与铝不同,它不能防止雷电直射到飞机的油箱。通过将金属丝网合并到复合材料中,可以解决787的问题。

  最后,用于复合材料的树脂在低至华氏150度的温度下会变弱,而温度超过300度可能会导致飞机失灵。复合材料燃烧时,会散发有毒烟雾和微粒到空气中,造成健康风险。由于所有这些原因,防火对于使用复合材料制造的飞机至关重要。

 
 
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