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　第3期楊乃賓:新一代大型客機復合材料結(jié)構(gòu)　597

1　大型客機復合材料結(jié)構(gòu)效益

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

表1　新一代大型客機機體結(jié)構(gòu)材料分配(重量百分

比)[526]

Table1　Materialdistributionoftheairframeoflarge

commercialaircraft(weightpercentage)[526]

機型

復合材料鋁合金鈦合金合金鋼

其他材料

度上取決于飛機結(jié)構(gòu)設計師(包括結(jié)構(gòu)分析師)和工藝師對復合材料認知水平和經(jīng)驗積累及其合作的程度。

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

A380超大型客機首先要解決盡可能減輕結(jié)構(gòu)重量問題。“使用復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技術和創(chuàng)新,人民日報200526216廣告)

波音787客機不僅復合材料結(jié)構(gòu)重量百分比遠超過A380,大大提高了結(jié)構(gòu)效率,而且人性化設計的全復合材料機身,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)濟效益。具體講:波音787客機把巡航時座艙的壓力提高到有利于乘客健康的相當于海拔1800m高度的壓力(400[7,使機身座艙()。同時,483mm×279mm,使乘客。由此引起的設計增重,復合材料機身為70kg,而鋁合金機身則要1000kg,充分體現(xiàn)了復合材料性能的可設計性和優(yōu)異的疲勞性能帶來的效益。再有,復合材料不易腐蝕,允許設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。復合材料優(yōu)異的疲勞性能和采用健康監(jiān)控技術使波音787客機維護間隔延長到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)工作進展,材料分配還有可能變化。

波音767的500h。

2　民機復合材料結(jié)構(gòu)技術研發(fā)歷程[2,8210]

20世紀60年代以硼/環(huán)氧為代表,先進復合

圖1　大型客機機體結(jié)構(gòu)減重潛力分析示意圖[1]

Fig11　Weightreductionpotentialoftheairframestruc2

ture[1]

復合材料結(jié)構(gòu)是以設計為主導、材料為基礎、

綜合制造、工藝檢測、維修諸方面成果的結(jié)晶。復合材料結(jié)構(gòu)效益不僅由材料具有的高比強度、高比剛度帶來的減重效益,而且還應包括通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、材料和工藝改進帶來的結(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,復合材料結(jié)構(gòu)的效益在相當大的程

材料問世,源于軍機結(jié)構(gòu)減重需求。此后,碳纖維成為主要增強纖維。美國飛機復合材料結(jié)構(gòu)技術研究大致經(jīng)歷了4個階段。民機著重研究了與安全性、可靠性、經(jīng)濟性相關的復合材料性能和設計、工藝技術。

(1)復合材料飛機結(jié)構(gòu)試用與航空工業(yè)認可(20世紀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合材料結(jié)構(gòu)應用的認可,并建立規(guī)范:MILHDBK217A聚合物基復合材料(1971201),用于指導復合材料結(jié)構(gòu)設計選材和材料性能許用值確定。

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