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航空學(xué)報的一些熱門文獻(xiàn)

　第3期楊乃賓:新一代大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)　597

1　大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效益

新一代大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)材料分配如表1所示。大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是最突出特點之一,也是機(jī)體結(jié)構(gòu)減重的主要措施。機(jī)體結(jié)構(gòu)減重潛力分析(見圖1)表明只有機(jī)翼、機(jī)身主承力結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合材料才可取得明顯的結(jié)構(gòu)明顯減重效果。

表1　新一代大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)材料分配(重量百分

比)[526]

Table1　Materialdistributionoftheairframeoflarge

commercialaircraft(weightpercentage)[526]

機(jī)型

復(fù)合材料鋁合金鈦合金合金鋼

其他材料

度上取決于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計師(包括結(jié)構(gòu)分析師)和工藝師對復(fù)合材料認(rèn)知水平和經(jīng)驗積累及其合作的程度。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)給新一代大型客機(jī)帶來的效益,在A380和波音787中有所不同。

A380超大型客機(jī)首先要解決盡可能減輕結(jié)構(gòu)重量問題。“使用復(fù)合材料的最大好處是減輕了結(jié)構(gòu)質(zhì)量,從而大大減少了油耗和排放,并降低了運營成本”。(摘自:空中客車A380技術(shù)和創(chuàng)新,人民日報200526216廣告)

波音787客機(jī)不僅復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量百分比遠(yuǎn)超過A380,大大提高了結(jié)構(gòu)效率,而且人性化設(shè)計的全復(fù)合材料機(jī)身,使乘坐舒適性和便利性得到顯著改善,從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。具體講:波音787客機(jī)把巡航時座艙的壓力提高到有利于乘客健康的相當(dāng)于海拔1800m高度的壓力(400[7,使機(jī)身座艙()。同時,483mm×279mm,使乘客。由此引起的設(shè)計增重,復(fù)合材料機(jī)身為70kg,而鋁合金機(jī)身則要1000kg,充分體現(xiàn)了復(fù)合材料性能的可設(shè)計性和優(yōu)異的疲勞性能帶來的效益。再有,復(fù)合材料不易腐蝕,允許設(shè)計人員增加客艙濕度,從而解決了鋁合金易腐蝕、客艙濕度不能提高的難題。復(fù)合材料優(yōu)異的疲勞性能和采用健康監(jiān)控技術(shù)使波音787客機(jī)維護(hù)間隔延長到1000h,而不是目前

A380CFRP22

(2005204227首飛)GLARE3

6110104

波音787

(2007207208下線)

A3503(正在研發(fā))

CFRP45GFPR5

2015105

5277

注:GLARE/材。

32007年資料數(shù)據(jù)。隨研發(fā)工作進(jìn)展,材料分配還有可能變化。

波音767的500h。

2　民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)研發(fā)歷程[2,8210]

20世紀(jì)60年代以硼/環(huán)氧為代表,先進(jìn)復(fù)合

圖1　大型客機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)減重潛力分析示意圖[1]

Fig11　Weightreductionpotentialoftheairframestruc2

ture[1]

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是以設(shè)計為主導(dǎo)、材料為基礎(chǔ)、

綜合制造、工藝檢測、維修諸方面成果的結(jié)晶。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效益不僅由材料具有的高比強(qiáng)度、高比剛度帶來的減重效益,而且還應(yīng)包括通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、材料和工藝改進(jìn)帶來的結(jié)構(gòu)性能和功能、效能的改善與提高,以及運營成本下降等綜合效益。因此,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的效益在相當(dāng)大的程

材料問世,源于軍機(jī)結(jié)構(gòu)減重需求。此后,碳纖維成為主要增強(qiáng)纖維。美國飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)研究大致經(jīng)歷了4個階段。民機(jī)著重研究了與安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的復(fù)合材料性能和設(shè)計、工藝技術(shù)。

(1)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)試用與航空工業(yè)認(rèn)可(20世紀(jì)60—70年代中)在F214,F215和F216尾翼上試用,完成了航空工業(yè)對碳纖維聚合物基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用的認(rèn)可,并建立規(guī)范:MILHDBK217A聚合物基復(fù)合材料(1971201),用于指導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計選材和材料性能許用值確定。

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