碳纖維等復(fù)合材料在航空航天應(yīng)用越來越香的原因？

隨著波音 787 夢想飛機(jī)和空客 A350 XWB 的引領(lǐng)，商業(yè)航空公司逐漸更多地使用碳纖維復(fù)合材料來制造飛機(jī)機(jī)身。因?yàn)樘祭w維比鋼更堅(jiān)固，比鋁更輕，并且?guī)缀蹩梢阅Ｖ瞥扇魏涡螤?；難怪航空航天工程師用碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)他們的夢想飛機(jī)。再加上降低的燃料成本、改進(jìn)的空氣動力學(xué)性能和更少的零件需求，很容易看出碳纖維有望成為未來首選的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料。

1）提高燃油效率
在航空業(yè)，飛機(jī)越輕，運(yùn)營成本就越低，這已不是什么秘密。重量減輕可以提高燃油效率，從而顯著降低飛機(jī)的總體運(yùn)營成本。由于碳纖維復(fù)合材料做成的碳纖維產(chǎn)品相對其重量而言非常堅(jiān)固和堅(jiān)硬，因此飛機(jī)制造商越來越傾向于這個方向是有道理的。與傳統(tǒng)鋁制飛機(jī)相比，使用碳纖維復(fù)合材料制造飛機(jī)的重量最多可減輕 20%。專家估計(jì)，在飛機(jī)的整個使用壽命期間，重量每減輕一公斤，可節(jié)省約 100 萬美元的成本。這加起來可以節(jié)省大量資金！

2）提高空氣動力學(xué)性能
除了減輕重量之外，影響飛機(jī)燃油效率的另一個重要因素是空氣動力學(xué)。設(shè)計(jì)越時尚，飛機(jī)就越省油。由于碳纖維復(fù)合材料制造工藝可以產(chǎn)生非常光滑但復(fù)雜的幾何形狀的碳纖維產(chǎn)品，因此飛機(jī)設(shè)計(jì)師可以更輕松地優(yōu)化碳纖維飛機(jī)的空氣動力學(xué)。此外，碳纖維的剛度有利于在商用飛機(jī)中使用后掠翼設(shè)計(jì)，通過減少空氣動力阻力，將燃油消耗降低高達(dá) 5%。

3）減少了零件數(shù)量
在制造飛機(jī)中使用碳纖維有助于降低成本的另一個領(lǐng)域是制造飛機(jī)所需的零件數(shù)量。例如，空中客車 A380 通常由大約 600 萬個零件制成。然而，由于碳纖維復(fù)合材料部件是模制的，因此每個模具都可以設(shè)計(jì)成將幾個不同的部件組合到一個模具中，從而顯著減少建造飛機(jī)所需的部件數(shù)量。由于建造飛機(jī)所需的組件更少，因此所需的制造時間也更少。此外，由于碳纖維產(chǎn)品重量更輕，因此操作和組裝它們所需的人員更少。所有這些因素加起來可以顯著節(jié)省飛機(jī)的制造成本。

4）使用碳纖維的未來飛機(jī)設(shè)計(jì)
使用碳纖維而不是傳統(tǒng)金屬來制造飛機(jī)，可以為飛機(jī)設(shè)計(jì)師在控制空氣動力效率和節(jié)省燃料方面提供更大的靈活性。這種靈活性也讓我們有機(jī)會改變傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)。未來的商用飛機(jī)可能包括機(jī)身和機(jī)翼融合在一起的設(shè)計(jì)，類似于當(dāng)今的一些軍用飛機(jī)。這種設(shè)計(jì)極大地提高了飛機(jī)的升阻比，使飛機(jī)的空氣動力學(xué)效率更高，同時仍減輕了重量?？罩锌蛙嚬咀罱瞥龅囊豢罡拍铒w機(jī)推出了一款具有更寬、彎曲機(jī)身的飛機(jī)，旨在改善氣流并提供更多的機(jī)艙空間。更長、更薄的機(jī)翼可以減少阻力并提高燃油效率。 U 形尾部起到屏蔽作用，可降低發(fā)動機(jī)噪音。正是碳纖維材料使得所有這些概念得以構(gòu)想。

雖然碳纖維自 20 世紀(jì) 70 年代以來一直用于飛機(jī)制造，但隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，在商用飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造中尋求新的方法來利用這種令人難以置信的資源變得越來越普遍。由于其重量輕、強(qiáng)度高、表面光滑，碳纖維復(fù)合材料是制造飛機(jī)許多部件的理想材料。飛機(jī)機(jī)身使用碳纖維制品可以提高燃油效率、提高空氣動力學(xué)性能，并且可以使用更少、更輕的部件來制造。所有這些因素加起來都降低了制造和運(yùn)營成本。難怪今天的概念飛機(jī)更多地使用碳纖維復(fù)合材料——顯然，碳纖維將成為制造未來飛機(jī)機(jī)身的主要材料。