超大型复合材料机体部件应用技术的新进展_飞机制造技术的新跨越
8高性能复合材料发展现状与发展方向
8高性能复合材料发展现状与发展方向高性能复合材料是一种由两种或更多种不同物质组成的材料，具有比单一材料更优异的性能。
随着科技和工业的发展，高性能复合材料在各个领域得到了广泛应用，如航空航天、汽车、建筑、电子等。
本文将对高性能复合材料的发展现状和发展方向进行探讨。
目前，高性能复合材料在航空航天领域的应用最为广泛。
例如，碳纤维复合材料在飞机制造中得到了广泛应用，能够显著减轻飞机自重，提高燃油效率。
此外，高性能复合材料还具有高强度、高刚度、耐热性好等特点，可以用于制造发动机零部件、导弹、卫星等。
此外，高性能复合材料还在广泛应用于汽车制造，如碳纤维增强聚合物复合材料可以减轻汽车的重量，提高燃油经济性。
在高性能复合材料的发展方向方面，需要进一步提高材料的性能和制备工艺。
首先，需要加强对高性能纤维的研发，开发新型纤维材料，提高其强度和热稳定性。
同时，还需要研究新型基体材料，改善材料的耐腐蚀性、耐磨性以及耐高温性能。
其次，需要改进复合材料的制备工艺，提高材料的成型效率和质量稳定性。
例如，可以探索新型的层压技术、自动化制造和快速固化方法，以提高生产效率和降低制造成本。
另外，高性能复合材料的再生利用也是一个重要的发展方向。
目前，复合材料的废弃物处理成本较高，而且对环境造成负面影响。
因此，研究人员需要寻找有效的再生利用方法，将废弃的复合材料回收再利用。
例如，可以通过热解、化学回收等方法将复合材料分解成其原始组分，进行再利用。
此外，高性能复合材料的多功能化也是一个重要的发展方向。
传统的复合材料通常具有单一功能，例如强度高、刚度高等。
而多功能材料在具备传统功能的基础上，还具有其他新的功能，如导电、阻燃、自修复等。
多功能复合材料可以在不同领域展现出更广泛的应用前景，例如用于电子器件、传感器等。
总体而言，高性能复合材料的发展方向主要包括提高材料性能和制备工艺，进一步推动复合材料的再生利用以及实现多功能化。
未来，随着科技和工业的不断进步，高性能复合材料有望在更多领域得到应用，为人类社会的发展做出更大贡献。
复合材料在航空领域的用途
复合材料在航空领域的用途航空工业是现代工业的重要组成部分，而复合材料作为一种新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空领域。
本文将介绍复合材料在航空领域的用途。
一、飞机结构件复合材料在飞机结构件中的应用是航空领域中最为重要的应用之一。
传统的金属材料在飞机结构件中存在重量过大、疲劳寿命短等问题，而复合材料的轻质高强度特性使其成为替代金属材料的理想选择。
例如，复合材料可以用于制造飞机的机翼、尾翼、机身等部件，能够减轻飞机的重量，提高飞机的燃油效率和飞行性能。
二、航空发动机航空发动机是飞机的核心部件，也是航空领域中对材料性能要求最高的部分。
复合材料在航空发动机中的应用主要体现在叶片、外壳等部件上。
复合材料的高温耐性、抗腐蚀性和高强度使其成为制造发动机叶片的理想材料。
此外，复合材料还可以用于制造发动机外壳，提高发动机的整体性能。
三、航空电子设备航空电子设备是现代飞机的重要组成部分，而复合材料在航空电子设备中的应用也越来越广泛。
复合材料可以用于制造航空电子设备的外壳、支架等部件，具有重量轻、绝缘性能好等优点。
此外，复合材料还可以用于制造航空电子设备的散热器，提高设备的散热效果。
四、航空航天器航空航天器是航空领域中最为复杂和高端的产品，而复合材料在航空航天器中的应用也是最为广泛的。
复合材料可以用于制造航空航天器的外壳、结构件、热防护材料等，具有重量轻、耐高温、抗腐蚀等优点。
例如，复合材料可以用于制造航天器的导热板，提高航天器的热控制能力。
综上所述，复合材料在航空领域的应用非常广泛，涉及飞机结构件、航空发动机、航空电子设备、航空航天器等多个方面。
随着科技的不断进步和复合材料技术的不断发展，相信复合材料在航空领域的应用将会越来越广泛，为航空工业的发展带来更多的机遇和挑战。
航空航天领域的技术突破
航空航天领域的技术突破在航空航天领域，技术突破一直是推动行业发展的重要驱动力。
随着科技的不断进步和创新，航空航天技术也在不断取得突破性进展，为人类探索太空、改善航空安全和提高航空运输效率做出了重大贡献。
本文将围绕航空航天领域的技术突破展开讨论。
首先，航空航天领域的技术突破之一是无人机技术的发展。
无人机技术的突破在军事、商业和民用领域都发挥了重要作用。
在军事方面，无人机被广泛应用于侦察、打击和战场监测等任务，大大提高了作战效率和战场情报获取能力。
在商业和民用领域，无人机被用于航拍、地质勘查、农业植保、快递配送等领域，为各行各业带来了便利和效益。
随着人工智能、自主飞行和无线通信等技术的不断成熟，未来无人机将在更多领域得到应用，为社会带来更多便利和可能。
其次，航天技术的突破也是航空航天领域的关注焦点之一。
随着航天器技术的不断进步，人类对太空的探索和利用也在不断深入。
近年来，各国纷纷加大在航天领域的投入，太空探索活动逐渐活跃起来。
美国、俄罗斯、中国等国家相继实现了载人航天飞船的发射和返回，探测器成功着陆月球和火星，并计划在未来推进登陆木星、土星等行星的任务。
此外，商业航天领域也呈现出蓬勃发展的态势，许多私营航天公司致力于发展低成本火箭、载人飞船以及太空旅游等项目，为太空产业带来了新的活力和发展机遇。
另外，航空领域的突破也主要体现在飞行器的设计和制造技术上。
近年来，航空公司和飞机制造商不断推出新型飞机，以满足全球不断增长的航空需求。
从大型客机到中小型飞机，不断涌现出新的技术突破和创新，如使用复合材料制造机身和机翼，采用数字化技术提高飞行控制和航行安全性能，研发更加节能环保的发动机和推进系统等。
这些技术突破使飞机的性能得到了显著提升，航空安全得到了保障，航程和航速也大幅提高，为航空运输业带来了巨大的发展机遇和改善。
最后，航空航天领域的无线通信技术突破也是近年来的热点之一。
随着移动互联网的快速发展和智能设备的普及，无线通信技术在航天领域的应用越来越重要。
复合材料在航空工程中的应用
复合材料在航空工程中的应用航空工程是一个高度复杂而又充满挑战的领域，随着科技的不断进步，复合材料在航空工程中的应用越来越广泛。
复合材料由两种或多种不同材料的组合而成，具有独特的优势和特性，因此被广泛用于航空工程中的设计和制造。
首先，复合材料在航空工程中的应用主要体现在飞机机身结构上。
相比于传统的金属结构，复合材料具有更轻质和更高的强度，能够提高飞机的整体性能。
例如，碳纤维复合材料具有优异的机械性能和耐久性，可以承受高负荷和极端环境条件，从而提高了飞机的飞行效率和使用寿命。
此外，复合材料的设计灵活性也使得飞机的外形更加流线型，减少了阻力，提升了飞行速度和燃油效率。
其次，复合材料在航空工程中的应用还涉及到飞机部件的制造。
在过去，航空工程中的部件制造需要通过焊接或螺栓固定来完成。
而现在，复合材料的使用则实现了更为高效和精确的制造过程。
例如，使用复合材料可以通过模压而非传统的切割和焊接来制造机翼，提高了部件的一致性和质量。
此外，复合材料的可塑性和可切割性也使得航空工程中的部件制造过程更加灵活和可靠。
另外，复合材料在航空工程中的应用也有助于改善飞机的飞行安全性。
航空工程对于材料的要求非常高，需要能够在极端条件下保持稳定性和强度。
复合材料由于其良好的抗冲击性和抗腐蚀性，在飞机领域具有巨大潜力。
例如，用于制造飞机机身的复合材料能够有效减少振动和噪音，并增加乘客的舒适度。
同时，复合材料也能够抵抗腐蚀和疲劳，延长飞机的使用寿命，提高整体的安全性能。
在航空工程中，复合材料的应用还能够降低生产成本。
尽管复合材料的制造相对较为复杂，但由于其轻质和高强度的特点，可以减少航空器的总重量，进而减少燃料消耗和运营成本。
此外，复合材料还能够减少零部件的数量，简化装配过程，提高生产效率和降低人力成本。
因此，尽管初期投资相对较高，但长期来看，复合材料在航空工程中的应用能够实现成本的节约和效益的提升。
综上所述，复合材料在航空工程中的应用具有广泛的优势和潜力。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
1、高强度、高刚度
先进复合材料具有高强度、高刚度的特点，能够承受较大的载荷，并保持结 构的稳定性。
2、重量轻
先进复合材料的密度较低，相较于传统金属材料，其重量轻可达50%-70%。
3、耐腐蚀性强
先进复合材料具有较好的耐腐蚀性，可以在各种恶劣环境中长期使用。
4、可设计性强
先进复合材料可以通过不同的工艺和组合方式，实现各种不同性能和功能的 材料设计。
航空航天先进复合材料研究现 状及发展趋势
目录
01 一、走进航空航天复 合材料
02 二、航空航天先进复 合材料的研究现状
03 三、航空航天先进复 合材料的发展趋势
04 四、总结
05 参考内容
随着航空航天技术的飞速发展，对材料的要求也日益苛刻。作为一种新兴的 材料，先进复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。本次演示将介绍航空航 天先进复合材料的研究现状及其发展趋势。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、智能化
未来先进复合材料将朝着智能化方向发展，实现材料的自我感知、自我修复、 自我控制等智能化功能，提高材料的使用效率和安全性。
4、广泛应用化
随着先进复合材料制备技术的不断完善和成本的逐渐降低，未来先进复合材 料将广泛应用于各种领域，包括航空、航天、汽车、船舶、电力、医疗等。
四、结论
先进复合材料作为一种新兴的材料，具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀 性强和可设计性强等特点，在航空航天领域有着广泛的应用前景。未来，随着科 技的不断发展和技术的不断完善，先进复合材料将朝着高性能化、绿色环保化、 智能化和广泛应用化方向发展。相信在不久的将来，先进复合材料将在航空航天 领域发挥更大的作用，推动航空航天事业的不断发展。
4.跨领域合作与交流
飞行器制造中的新材料与技术应用
飞行器制造中的新材料与技术应用在当今科技飞速发展的时代，飞行器制造领域正经历着一场深刻的变革。
新材料与新技术的不断涌现，为飞行器的性能提升、安全性增强以及成本降低带来了前所未有的机遇。
首先，让我们来谈谈新材料在飞行器制造中的应用。
复合材料无疑是其中的佼佼者。
与传统的金属材料相比，复合材料具有更高的强度和刚度，同时重量更轻。
这对于提高飞行器的燃油效率、增加航程和有效载荷至关重要。
例如，碳纤维增强复合材料在飞机的机身、机翼等结构件中的应用越来越广泛。
它不仅能够减轻飞机的重量，还能提高飞机的抗疲劳和耐腐蚀性能，延长飞行器的使用寿命。
另外，钛合金也在飞行器制造中占据着重要的地位。
钛合金具有高强度、低密度以及良好的耐高温性能，适用于制造发动机部件、起落架等关键部位。
其出色的力学性能使得飞行器能够在极端条件下稳定运行。
在新材料中，还有一种值得关注的是智能材料。
比如形状记忆合金，它能够在特定的条件下恢复到预先设定的形状，这在飞行器的结构变形控制、降噪等方面具有潜在的应用价值。
而在技术应用方面，增材制造技术（3D 打印）为飞行器制造带来了新的突破。
通过 3D 打印，可以实现复杂结构的一体化制造，减少零件数量和装配工序，提高生产效率和精度。
而且，3D 打印能够根据具体的需求定制材料的微观结构，从而优化零件的性能。
数字化设计与仿真技术也是不可或缺的。
在飞行器设计阶段，利用先进的计算机软件可以对飞行器的气动性能、结构强度等进行精确的模拟和分析。
这有助于在设计初期发现潜在的问题，减少试验次数，缩短研发周期，降低成本。
另外，自动化装配技术在提高飞行器生产质量和效率方面发挥着重要作用。
机器人能够完成高精度的装配任务，保证装配的一致性和可靠性。
随着环保意识的增强，绿色制造技术在飞行器制造中也逐渐受到重视。
通过优化制造工艺，减少能源消耗和废弃物排放，实现可持续发展。
然而，新材料和新技术的应用也面临着一些挑战。
例如，复合材料的回收和再利用问题尚未得到很好的解决；增材制造技术在大规模生产中的效率和成本还需要进一步优化；新技术的引入需要对现有生产设施和人员进行升级和培训。
新型增材制造技术在航空航天领域中的应用
新型增材制造技术在航空航天领域中的应用随着科技的不断进步，新型增材制造技术已经逐渐成为了航空航天领域中的新宠儿。
新型增材制造技术是指通过逐层堆积材料来制造三维物体的一种技术，与传统的制造方式完全不同。
与传统的加工方式相比，新型增材制造技术具有制造效率高、精度高、适用性广等明显优势，因此在航空航天领域中得到了广泛的应用。
一、新型增材制造技术在航空航天领域中的应用1、制造燃烧室航空发动机中的燃烧室是一个非常重要的部件，决定着发动机的性能和寿命。
由于燃烧室的形状复杂，传统的制造方式往往需要进行多次加工，且制造效率低、成本高。
而利用新型增材制造技术，可以直接通过三维打印机将燃烧室一次性制造出来，不仅大幅提高了生产效率，还降低了制造成本。
2、制造大型结构件在大型飞机制造中，钛合金等材料成为了广泛应用的材料，但是这些材料的制造、加工难度很大。
利用新型增材制造技术，可以直接将钛合金等材料堆积成所需要的大型结构件，而不需要进行摆锤加工等传统的加工方式，大大提高了生产效率。
3、制造复杂曲面结构件航空航天领域中常常需要制造形状复杂的曲面结构件，如蒙皮板、翼型等。
传统的制造方式难以满足这种形状的加工需求，而利用新型增材制造技术，可以直接通过三维打印机将所需要的形状一次性打印出来，提高了生产效率，同时大大提高了精度。
二、新型增材制造技术在航空航天领域中的发展趋势1、自适应制造技术自适应制造技术是指通过对物体的形态、质量、力学性能等方面的实时控制和调整，使得制造过程变得更加智能化。
在航空航天领域中，自适应制造技术可以将制造过程中的不确定性、变化性降至最低，大幅提高产品的质量和稳定性。
2、流态抑制技术流体流动对于航空航天领域中的制造工艺有着非常重要的意义。
流态抑制技术是指通过驱动气流，将流体在流动过程中的波动抑制住，从而获得更加稳定和高精度的流动。
这种技术可以应用于制造低声噪、低阻力、高效率的飞行器。
三、新型增材制造技术在航空航天领域中的优越性1、自适应性强新型增材制造技术具有很强的自适应性，能够根据不同的制造需求，对制造过程进行自动调整和控制，从而大幅提高了制造效率和精度。
复合材料的使用范围和未来发展趋势
复合材料的使用范围和未来发展趋势在现代工业和科技领域中，复合材料的应用越来越广泛。
从航空航天、汽车制造、建筑、电子、体育器材等领域到医疗器械、船舶制造、防弹材料等领域，复合材料已经成为必不可少的材料之一。
本文将探讨复合材料的使用范围和未来发展趋势。
一、复合材料的使用范围1.航空航天领域在航空航天领域，复合材料的应用范围非常广泛，如机翼、尾翼、机身等部件。
复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，可以有效降低飞机的重量和空气阻力，提高飞机的耐久性。
此外，复合材料还可以实现快速制造和自动化生产，可以降低生产成本，提高生产效率。
2.汽车制造领域在汽车制造领域，复合材料主要应用于车身、底盘、发动机和轮毂等部件。
相比传统金属材料，复合材料具有重量轻、强度高、密度小、抗腐蚀、隔音降噪等优势，可以大幅度提升汽车的燃油经济性、安全性、舒适性和环保性能。
此外，复合材料的应用也可以为汽车制造行业提供更多创新空间，加速汽车的智能化、自动化和电动化发展。
3.建筑领域在建筑领域，复合材料主要应用于建筑外墙、屋顶、楼梯和桥梁等结构中。
复合材料具有质轻、刚性好、耐久性强、维护成本低等特点，可以大幅度提升建筑物的抗震性能和耐久性能。
此外，复合材料还可以为建筑设计和施工提供更多灵活性和创新思路，实现建筑物的可持续发展和节能减排。
4.电子领域在电子领域，复合材料主要应用于各种电子产品的外壳、散热器和线路板等部件。
复合材料具有导热性好、绝缘性好、耐化学腐蚀等特点，可以提高电子产品的使用寿命和可靠性，降低电子产品的失效率和维修成本。
5.体育器材领域在体育器材领域，复合材料主要应用于高尔夫球杆、网球拍、滑板、自行车等器材中。
复合材料具有轻质、强度高、灵活性好等特点，可以提高器材的使用性能和运动员的竞技水平。
二、复合材料的未来发展趋势随着人们对高性能、高安全性、环保性要求的提升，复合材料作为新材料具有广阔的发展前景和市场潜力。
未来复合材料的发展趋势将主要表现在以下几个方向：1.多功能化未来的复合材料将发展成具有多种性能的复合材料，如电磁屏蔽复合材料、防涂污复合材料、自修复复合材料、有机太阳能电池复合材料等，以满足不同的应用需求。
先进复合材料在飞机结构上的应用与发展
先进复合材料在飞机结构上的应用与发展张佐光1李 敏1陈绍杰2（1 北京航空航天大学 2 沈阳飞机设计研究所）摘 要 首先阐述了飞机结构用复合材料的重要性与必然性，较全面介绍了先进树脂基复合材料在飞机上应用及其发展历程，指出了复合材料发展亟待解决的重要问题，展望了复合材料的发展未来。
大量事实表明：先进复合材料用于飞机结构可同获减重/功能双重显著效益，先进复合材料在飞机结构上用量已成为衡量飞机先进性的一个重要标志，先进复合材料用于飞机结构仍有很大的发展潜能，树脂基复合材料用于飞机结构老化已不成问题，复合材料更大发展时期已经到来。
关键词 复合材料；飞机结构；结构设计；制造工艺；树脂基体1 飞机结构用复合材料的必然性“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”是新一代飞机的发展目标，先进复合材料用作飞机结构则是实现这一目标的重要途径。
这是因为先进复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一，如图1所示。
复合材料用量已是飞机先进性的一个重要标志，如先进的F-22、F-35、B-2等军机其复合材料用量均达到25%以上，民机也是如此，新研制的A380复合材料用量达25%，而B787高达50%。
材料用75量％1980 1985199019952000年份图1 飞行器用四大结构材料复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显著的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为1.6g/cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果，对于为减轻1克重量而奋斗的飞机结构设计而言，这是目前其他任何先进手段所无法达到的效果，也是先进复合材料在飞机结构上大量应用的根本所在。
重量的减轻意味着战斗能力的提升、航程增加或者运输能力提高，如美国旅游者（V oyager）号飞机，90%以上为碳纤维复合材料，飞机结构重量只有453kg，可连续环球飞行9天，飞行距离达40252km。
飞行器制造中的新材料与技术应用研究
飞行器制造中的新材料与技术应用研究在现代科技的飞速发展下，飞行器制造领域正经历着一场深刻的变革。
新材料和新技术的不断涌现，为飞行器的性能提升、安全性增强以及成本降低等方面带来了前所未有的机遇。
本文将深入探讨飞行器制造中一些关键的新材料与技术应用。
一、先进复合材料在飞行器制造中的应用先进复合材料，如碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP），因其优异的性能，在飞行器制造中占据了重要地位。
首先，这些复合材料具有高强度和高刚度。
相比传统的金属材料，它们在同等重量下能够提供更高的结构强度，这对于减轻飞行器的重量至关重要。
飞行器重量的减轻不仅可以降低燃料消耗，增加航程和有效载荷，还能提高飞行速度和机动性。
其次，复合材料具有良好的抗疲劳性能。
在飞行器频繁的起降和飞行过程中，结构部件会承受反复的载荷变化，复合材料能够更好地抵抗这种疲劳损伤，延长飞行器的使用寿命。
再者，它们还具有出色的耐腐蚀性能。
在恶劣的大气环境中，复合材料不易受到腐蚀和氧化，降低了维护成本和维修频率。
以波音 787 和空客 A350 为例，其机身结构中复合材料的使用比例高达 50%以上，显著提高了飞机的燃油效率和运营经济性。
然而，复合材料在应用中也面临一些挑战。
例如，制造工艺复杂，成本较高；在遭受冲击时，损伤的检测和修复较为困难；以及在高温环境下的性能表现有待进一步提高。
二、增材制造技术在飞行器零部件生产中的应用增材制造技术，也就是常说的 3D 打印技术，为飞行器零部件的制造带来了新的思路和方法。
通过 3D 打印，可以实现复杂形状零部件的一体化制造，减少了传统制造工艺中所需的装配工序，提高了生产效率和零部件的精度。
例如，发动机的燃油喷嘴，其内部结构复杂，传统加工方法难以实现，而 3D 打印能够轻松完成。
此外，增材制造技术能够根据需求灵活调整材料的组成和微观结构，实现材料性能的定制化。
这对于满足飞行器不同部位对材料性能的特殊要求非常有利。
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第30卷 第3期航 空 学 报V ol 30N o 3 2009年 3月A CT A AERO N AU T ICA ET AST RON A U T ICA SIN ICA M ar. 2009收稿日期:2007 12 12;修订日期:2008 04 10通讯作者:范玉青E mail:fanyq@文章编号:10006893(2009)03 0534 10超大型复合材料机体部件应用技术的新进展飞机制造技术的新跨越范玉青,张丽华(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191)New Development of Extra Large Composite AircraftC omponents Application TechnologyAdvance of Aircraft Manufacture TechnologyFan Yuqing,Zhang Lihua(School of M echanical Engineering and A utomatio n,Beijing U niversit y of Aer onautics andAstr onaut ics,Beijing 100191,China)摘 要:从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。
分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A 380为例介绍了两公司相应的技术策略:机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A350 XWB 上的用量提高到52%。
最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。
关键词:复合材料;飞机制造;波音787;空客A 350 X WB 中图分类号:V261;T H166 文献标识码:AAbstract:Star ting f rom the evo lutio n o f the a pplicat ion of composit es to militar y and civ il aircr aft,this ar ticle pro vided a surv ey of t he application of co mpo sites in aircr aft str uctures,especially in the main st ructur e of Bo e ing 787.T he specific issues in apply ing co mpo sites to fuselag e components and the dispute bet ween Boeing and A ir bus wer e pr esented.T he competitio n betw een Boeing and A irbus in apply ing co mpo sites was analy zed and their respective strateg y w as discussed using Boeing 787and A380as an ex ample,w hich dealt w ith the manu factur e technolog y of mo no lithic fuselag e composite co mpo nents and the techno lo gy o f using lar ge scale co m po site panels to assemble a fuselag e.T he new measures o f A ir bus in co ping w ith the pressur e of co mpet itio n w ere present ed,w hich was using co mpo site paneled fuselag e skins and incr easing t he amount o f co mpo sites o n A 350 XW B to 52%.F inally,the uniqueness and co mplexity o f composit e co mpo nent desig n and manufacture w ere summar ized,which could shed light on China s dev elopment of larg e scale aircraft.Key words:composite mater ials;air cr aft manufacture;Boeing 787;A irbus A 350 XWB2007年7月8日,世界航空界的目光聚集在波音公司,目睹美国飞机制造巨头的首架波音787梦想客机的下线揭幕仪式。
由于波音公司在研制波音787客机的过程中,大胆地采用了两大高技术措施:全球数字化协同制造和机体主要结构大规模采用复合材料,机身和机翼外壳几乎都由碳纤维增强复合材料制成。
这种飞机和现今同等大小的飞机相比,能够节省燃油20%,在如今燃油价飞涨阶段,这一优点对航空业界有着不言而喻的意义,并且维修成本可节省30%,飞行的舒适性也有很大提高。
因此,国际上各航空公司期望着这一 绿色 客机能给空中旅行带来革命性的变化。
这种中等尺寸的波音787客机是波音公司13年来的第1种全新研制的机型,它已展示在300家媒体面前,它不仅牵动着世界航空界的目光和航空旅行者的期待,对波音公司本身来说,也投入了大量资金和心血,实现了基于金属材料机体制造技术向基于复合材料机体制造技术的新跨越,直接涉及到波音与空客公司竞争的成败,关系到波音商用飞机公司的生存前景。
对于波音的竞争对手空客公司来说,客机的超大型复合材料部件的制造技术是一个难以逾越的巨大挑战。
而对第3期范玉青等:超大型复合材料机体部件应用技术的新进展于正在计划研发自己的大型客机的中国来说,更是需要认真分析和研究的重大技术课题。
1 机身复合材料部件的特殊性及其争议1 1 超大型复合材料部件的应用进展先进复合材料及其相关技术经过多年的研究和应用的发展,不仅其技术日趋成熟,价格也大幅降低,复合材料在军/民用飞行器上的用量也大幅提高。
欧美在新型军机上的机翼基本上都采用复合材料部件,如美国的第4代战斗机F 22,F 35,以及欧洲 台风 战斗机和空客A400M。
图1是欧洲 台风 战斗机复合材料机翼壁板,图2是F 35左右机翼与机身通体的复合材料部件,图3是空客大型军用运输机A400M的复合材料机翼壁板。
图1 欧洲 台风 战斗机的复合材料机翼壁板Fig 1 Composite wing panel of European fighter Typhoon图2 F 35左右机翼通体的复合材料部件Fig 2 M o no lit hic composite str ucture of F 35r ig htand left wing s图3 空客大型军用运输机A400M的复合材料机翼壁板Fig 3 Composite w ing panel of A irbus larg e transpo rterA400M由于复合材料结构有许多众所周知的优点,波音公司在对复合材料结构做了大量成功的研究试验基础上,决定波音787机体主要结构大规模地采用复合材料,由波音777飞机复合材料用量12%一步跨越到50%,即机体的主要结构机身和机翼几乎都由碳纤维增强复合材料制成,仅少数机体部位应用铝合金,以防飞鸟的碰撞和发动机高温的影响,波音787上复合材料的应用如图4所示。
图4 波音787复合材料的广泛应用F ig 4 Applications o f composites to Boeing787535航 空 学 报第30卷图5是波音787复合材料机翼制造过程,其中,图5(a)是复合材料蒙皮壁板制造,图5(b)是技术人员在检查已装配好的复合材料机翼。
图6是波音787复合材料机身分段情况,由图可看出,机身由7~8段组成,各机身段单独由复合材料缠绕后共固化而成,最后把这些机身段对接进行总装配。
图5 波音787复合材料机翼制造过程Fig 5 M anufactur e pr ocess o f Boeing787w ing图6 波音787复合材料机身分段情况Fig 6 Subsections of Boeing787composite fuselag e 1 2 机身复合材料部件应用的特殊性多次乘过飞机的人都有这样的体会,当登上飞机时,会立即感到客舱内的环境令人不适,特别是在飞行过程中,客舱内干燥的空气,加上含氧量偏低,容易让人头疼、头晕,使人疲劳。
这是由于当前的商用客机,客舱内的气压相当于海拔8000 inch(约2438m)高度的大气压强。
飞机只能增压到这种高度的压强,是因为客机的机身是由铝合金壁板通过几十万到上百万个铆钉等紧固件连接组装而成,它在一定压强作用下,气密性较差,金属机身耐疲劳性能也较差。
大型客机一般要飞行6万个起落,每个起落都是一次疲劳过程。
当机身内壁气压升高时,就是一次疲劳过程,它会增加飞机部件损耗,加速金属老化,导致飞机维护成本升高,这是航空公司不愿看到的;另一方面,由于金属机身在一定湿度下易受腐蚀,所以航空公司把客舱内空气湿度保持在极低水平,约4%左右。
这就是人们乘坐飞机旅行不舒适的主要原因。
波音公司为了提高波音787客机的乘用舒适性,在大量成功的研究和试验基础上,大胆决定波音787客机机身采用复合材料制造,这样每一个机身段(如图7所示)就是一个 零件 ,它替代了金属机身段1500个左右的铝合金板件和4万到5万个铆钉等紧固件。
对一架整机来说,飞机的结构件数量可减少一半,这样不仅在很大程度上简化了制造工艺,更重要的是,长期加湿不会对飞机造成腐蚀,舱内空气湿度可提高10%~20%。
波音787客机的舱内空气湿度可保持在15%左右,显然比当前4%的水平更舒适;同时,客舱内的空气将压缩到相当于海拔6000inch(约1829m)高度的大气压强,从而增加舱内的气压和空气的含氧量。
由于舱内的气压升高,客舱内空气可以多提供8%的氧气供乘客呼吸,而且波音787机身由复合材料制成,碳纤维等复合材料单位体积的重量只有铝合金的一半,钢的1/5,这将大幅度地减轻飞机重量,与相近的热销机型相比要减重2500kg。