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為什么碳纖維首選用于飛機(jī)機(jī)體?
發(fā)布時間: 2023年04月12日




隨著波音787夢幻客機(jī)和空中客車A350 XWB的引領(lǐng),商業(yè)航空公司正在漸漸更多地行使碳纖維復(fù)合材料來制造飛機(jī)機(jī)身。因為碳纖維比鋼強(qiáng),比鋁輕,因此可以模制成幾乎任何外形。難怪航空航天工程師使用碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料來設(shè)計他們的夢想飛機(jī)。加上降低的燃料成本,改善的空氣動力學(xué)特征和更少的零件要求,不難看出碳纖維已預(yù)備好成為將來首選的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料。
 
碳纖維進(jìn)步燃油服從
眾所周知,在航空業(yè)中,飛機(jī)越輕,運(yùn)營成本越低。較低的重量進(jìn)步了燃油服從,從而大大降低了飛機(jī)的總體運(yùn)營成本。因為碳纖維復(fù)合材料的重量特別很是結(jié)實(shí),因此飛機(jī)制造商正朝著這個方向傾斜。與傳統(tǒng)的鋁制飛機(jī)相比,使用碳纖維復(fù)合材料制造飛機(jī)的重量最多可減輕20%。專家估計,每減輕一公斤的重量,在飛機(jī)的整個生命周期中將節(jié)省約100萬美元的成本。統(tǒng)共節(jié)省了許多錢!
 
碳纖維改善空氣動力學(xué)性能
除了減輕重量外,飛機(jī)燃油服從的另一個緊張因素是空氣動力學(xué)。設(shè)計越時尚,飛機(jī)的燃油服從就越高。因為碳纖維復(fù)合材料的制造工藝可以產(chǎn)生特別很是光滑但復(fù)雜的幾何外形,因此飛機(jī)設(shè)計人員可以更輕松地優(yōu)化碳纖維飛機(jī)的空氣動力學(xué)性能。此外,碳纖維的剛度還有助于在商用飛機(jī)中使用后掠式機(jī)翼設(shè)計,通過削減空氣動力阻力,將燃油消費(fèi)最多降低了5%。
 
碳纖維削減了零件數(shù)量
在飛機(jī)制造中使用碳纖維有助于降低成本的另一個領(lǐng)域是飛機(jī)制造所需的零件數(shù)量。例如,空中客車A380通常由大約600萬個零件組成。但是,因為碳纖維復(fù)合材料零件是模制的,因此可以設(shè)計每個模具,以便將幾個不同的零件組合到一個模具中,從而明顯削減構(gòu)建平面所需的零件數(shù)量。因為構(gòu)建飛機(jī)所需的零部件更少,因此也必要更少的制造時間。此外,因為碳纖維部件的重量更輕,因此操作和組裝所需的人員更少。所有這些因素加起來大大節(jié)省了飛機(jī)制造的成本。
 
將來使用碳纖維的飛機(jī)設(shè)計
在控制空氣動力學(xué)服從和節(jié)省燃油方面,使用碳纖維復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬來制造飛機(jī)可為飛機(jī)設(shè)計人員提供更大的天真性。這種天真性也使人們有機(jī)會改變傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計。將來的商用飛機(jī)可能包括機(jī)身和機(jī)翼融合在一路的設(shè)計,類似于今天的某些軍用飛機(jī)。這種類型的設(shè)計極大地進(jìn)步了飛機(jī)的升/降比,使飛機(jī)在空氣動力學(xué)方面更有用,同時仍減輕了重量。一架最新的空中客車概念飛機(jī)推出了一種帶有更胖,彎曲的機(jī)身的飛機(jī),旨在改善氣流并提供更多的機(jī)艙空間。更長,更薄的機(jī)翼將削減阻力并進(jìn)步燃油服從。U形尾巴可起到屏蔽作用,以削減發(fā)動機(jī)噪音。碳纖維甚至可以構(gòu)思所有這些概念。
 
盡管自1970年代以來碳纖維復(fù)合材料已用于飛機(jī)制造中,但隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,追求新方法在商用飛機(jī)的設(shè)計和制造中使用這種不可思議的資源的方法已變得越來越普遍。因為碳纖維復(fù)合材料的重量輕,強(qiáng)度驚人,外觀光滑,因此是制造飛機(jī)很多零件的理想材料。在飛機(jī)機(jī)體上使用碳纖維可以使它們更省油,更具空氣動力學(xué)性能,并且可以用更少,更輕的零件制造飛機(jī)。所有這些因素加起來降低了制造和運(yùn)營成本。難怪當(dāng)今的概念飛機(jī)更多地使用了碳纖維復(fù)合材料,顯然,碳纖維將成為將來建造飛機(jī)機(jī)體的重要材料。
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