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碳纤维复合材料在民用航空上的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-02-08  来源:航天材料及工艺研究所  浏览次数:145

    (1) 世界上最大、最有影响生产大型民用飞机公司主要有美国波音公司、美国麦克唐纳道格拉斯公司(简称麦道公司)、美国洛克希德公司和欧洲空中客车公司,因麦道公司已被波音公司兼并,洛克希德公司己退出民用飞机市场,因此,复合材料在民用飞机上的应用,实际上就是看美国波音公司和欧洲空中客车公司在大型民用飞机生产中采用复合材料的水平。      (2)复合材料在大型民用飞机上的应用不断扩大。随科学技术的发展,复合材料在大型民用飞机上的用量不断增长,从1960年DC9的用量不足1%,1980年代逐步增长到A310的10%左右,而到2003年复合材料在A380的用量高达25%。
    (3)复合材料在大型民用飞机上的应用已接近在先进军用飞机上的应用水平。F22是当前美国最先进的军用飞机之一,复合材料的用量在26%左右。而2003年欧洲空中客车公司生产的A380超大型客机,复合材料的用量也高达25%,表明复合材料在先进军用飞机和先进的大型民用客机上的用量已相当。    
    (4)欧洲在大型民用飞机上采用先进复合材料量己大大高于美国。从表1可明显地看出,欧洲空中客车公司生产的大型民用飞机,其复合材料的应用程度比美国要高得多。欧洲空中客车公司,在1985年生产的A300-600,复合材料的用量已经达到5% - 6%,该公司生产的A320、A321、A322等复合材料的用量都达到或超过15%,而A380高达25%。美国波音公司在1990年生产的B747-400,复合材料的用量仅为~2%,1995年生产的B777是美国波音公司生产的大型民用飞机中采用复合材料最高的,复合材料的用量也只有~9%,远远低于同时期欧洲空中客车公司生产大型民用飞机复合材料的采用量。

    2、复合材料在美国波音公司B-TT7飞机上的应用       美国波音公司的B777客机应用复合材料的比例达到9%,是该公司应用复合材料比例最高的民机机种,在B777客机上,先进复合材料主要应用在飞机尾翼、襟翼、副翼、天线罩、整流罩、短舱和地板梁等构件,具体包括:


      (1)垂直安定面翼盒;
      (2)平尾翼盒;
      (3)方向舵;
      (4)升降舵;
      (5)前后缘壁板;
      (6)地板梁70根;
      (7)外侧副翼;
      (8)外侧襟翼;
      (9)襟翼;
      (10)襟副翼;
      (11)整流包皮;
      (12)内外侧扰流板;
      (13)后缘壁板;
      (14)发动机短舱;
      (15)发动机支架整流罩;
      (16)前起落架舱门;
      (17)机身下主起落架舱门;
      (18)固定前缘;
      (19)雷达天线罩等。
      美国波音公司制备碳纤维复合材料的原材料主要采用日本东丽公司的产品,包括:T800H高强中模碳纤维、3900-2增韧环氧树脂等,用T800H高强中模碳纤维增强3900-2增韧环氧树脂的复合材料T800H/3900-2,用于制造B777的主承力构件。S-2玻璃纤维增强环氧树脂用于制作雷达天线罩。玻璃纤维和碳纤维混杂增强环氧树脂用作机身下主起落架舱门和固定前缘。
       美国波音公司认为在波音系列客机中可以进一步采用碳纤维复合材料的主要有:机翼结构与蒙皮、机身(前、后、中)及其蒙皮、压力舱等。是否在下一代新机种上采用碳纤维复合材料要有一系列因素决定,减重绝对不是唯一决定因素,成本才是重要因素,性能和价格要统一考虑。这里必须指出,性能和价格除了通常人们所说的飞机速度、航程、载重等以及原材料价格、制造成本、设备与折旧、工资等等外,还要包括操作性能与费用、维护与费用、市场与销售费用等,所有因素统一折衷平衡。所以全面的性能/价格比才是决定因素。

 
 
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