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航空航天中的碳纖維複合材料
发布时间:2021-03-24 08:41 | 浏览次数:


     
      自从人类首次涉足空中以来,设计师就一直在不断努力提高升重比。复合材料在减轻重量方面发挥了重要作用,如今使用的主要类型有三种:碳纤维,玻璃纤维和芳纶增强环氧树脂复合材料。还有其他一些,例如硼增强(它本身是在钨芯上形成的复合材料)。
      自1987年以来,复合材料在航空航天中的使用每五年增加一倍,并且定期出现新的复合材料。
用途
复合材料用途广泛,可用于所有飞机和航天器的结构应用和组件,从热气球吊船和滑翔机到客机,战斗机和航天飞机。应用范围从完整的飞机(如Beech Starship)到机翼组件,直升机旋翼桨叶,螺旋桨,座椅和仪表外壳。
這些類型具有不同的機械性能,並用于飛機制造的不同領域。例如,碳纖維具有獨特的疲勞性能。
鋁制機翼具有已知的金屬疲勞壽命,而碳纖維的可預測性要差得多(但每天都會顯著提高),但硼效果很好(例如在高級戰術戰鬥機的機翼中)。芳綸纖維(“凱夫拉爾”是杜邦公司擁有的知名專有品牌)被廣泛用于蜂窩板形式,用以構造非常堅硬,非常輕的艙壁,燃料箱和地板。它們還用于前緣和後緣機翼組件。
在一項實驗計劃中,波音公司成功地使用了1,500個複合零件來替換直升機中的11,000個金屬零件。在商業和休閑航空中,以複合材料爲基礎的組件代替金屬作爲維護周期的一部分正在迅速增長。
總體而言,碳纖維是航空航天應用中使用最廣泛的複合纖維。

 

好處

必赢的网址登录已經介紹了一些方法,例如減輕體重,但這是完整列表:
  • 減輕重量-通常會節省20%-50%。

 
  • 使用自動鋪板機和旋轉模塑工藝可以很容易地組裝複雜的零件。

 
  • 單殼(“單殼”)模制結構以更低的重量提供了更高的強度。

 
  • 機械性能可以通過“疊層”設計進行定制,並具有逐漸變細的補強布厚度和布取向。

 
  • 複合材料的熱穩定性意味著它們不會隨溫度的變化而過度膨脹/收縮(例如,在35,000英尺內,在幾分鍾之內從90°F的跑道升至-67°F的跑道)。

 
  • 高抗沖擊性-凱夫拉爾(芳綸)裝甲也能屏蔽飛機-例如,減少對帶有發動機控制裝置和燃油管路的發動機挂架的意外損壞。

 
  • 高損傷容忍度提高了事故的生存能力。

 
  • 避免了“電偶”-電腐蝕問題,當兩種異種金屬接觸時(特別是在潮濕的海洋環境中)會發生電腐蝕問題。(此處使用非導電玻璃纖維。)

 
  • 消除了疲勞/腐蝕的綜合問題。

 

未來展望

隨著燃油成本和環境保護壓力的不斷增加,商業飛行承受著不斷提高性能的壓力,而減輕重量是其中的關鍵因素。
除了日常運營成本外,還可通過減少部件數量和減少腐蝕來簡化飛機維護計劃。飛機制造業務的競爭性質確保了在任何可能的地方探索和利用任何降低運營成本的機會。
軍事領域也存在競爭,不斷施加壓力以增加有效載荷和射程,飛行性能特征以及“生存能力”,不僅是飛機,還有導彈。
複合技術不斷發展,玄武岩和碳納米管等新型材料的出現必將加速和擴展複合材料的使用。
在航空航天領域,複合材料將繼續存在。
 
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