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  • 1 # YAO大神

    為了提高軍用飛機效能,美國空軍材料研究所早在20世紀50年代中期就開始尋求比已經採用的鋁合金、鈦合金等金屬材料的比強度、比剛度更大的材料。為此,研究開發了先進樹脂基複合材料、鋁鋰合金等輕質高效能材料。先進樹脂基複合材料在航空、航天飛行器結構上的應用獲得了成功,現已成為與鋁合金、鈦合金、鋼並駕齊驅的四大結構材料之一。先進樹脂基複合材料的用量已經成為飛機先進性的一個重要標誌。

    複合材料飛機結構技術是以實現高結構效率和改善飛機氣動彈性與隱身等綜合性能為目的的高新技術。先進樹脂基複合材料的應用,對飛機結構輕質化、小型化和高效能化起著至關重要的作用。複合材料結構特點和應用效果,在高效能戰鬥機實現隱身、超聲速巡航、過失速飛行控制,前掠翼飛機先進氣動佈局的實際應用,艦載攻擊/戰鬥機耐腐蝕性改善和輕質化,直升機長壽命和輕質與隱身化等諸多方面得到了展現。複合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一。

    美國空軍F-117隱身戰鬥機採用碳纖維增強環氧複合材料做成骨架和外面的蒙皮,沒有金屬表面,也沒有金屬鉚釘反射雷達波;美國1989年首飛的隱身轟炸機B-2,複合材料佔結構用量的50%;F-22基本構型沒有采用特殊的外形隱身措施,沒有過多犧牲機動性,而它傳奇般的隱身效能主要是透過複合材料和隱身塗料完成的。而F-35中應用複合材料已佔到結構質量的30%~35%;“旅遊者號”(Voyager)全複合材料飛機於1986年創下了不加油、不著陸連續環球飛行9天,航程40 252千米的世界紀錄,其碳纖維結構用量大於90%,飛機的結構重量只有453 千克,載油量3噸。

    軍用飛機中複合材料結構件的成功應用,給民用飛機的材料選擇帶來了巨大的影響,波音、空客等幹線客機中複合材料在結構材料中的應用比例也越來越高。空客A380是550座級超大型寬體客機,整機採用了較多的複合材料(23%),大大減輕了飛機重量,減少了油耗和排放,降低了營運成本。波音787“夢想”飛機則是200座~300座級飛機,航程隨具體型號不同可覆蓋6 500~16 000千米。它使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的複合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行效能。波音787中複合材料的用量達50%,這可使其比目前同類飛機節省20%的燃油消耗。空客公司由於受到波音公司複合材料高用量的威脅,計劃在A350飛機上將複合材料的用量再次提高到53%,以形成與波音787飛機的競爭。而倍受華人關注的中國產大飛機C919複合材料的用量也將達到 20%以上。複合材料在飛機上的應用經歷了從次承力構件—尾翼主承力構件—機翼—機身主承力構件的發展,已成為飛機結構的主要材料。

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