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為什么碳纖維首選用于飛機機體?
發布時間:2020-07-30 16:46 | 瀏覽次數:


隨著波音787夢幻客機和空中客車A350 XWB的引領,商業航空公司正在逐步更多地利用碳纖維復合材料來制造飛機機身。由于碳纖維比鋼強,比鋁輕,因此可以模制成幾乎任何形狀。難怪航空航天工程師使用碳纖維復合結構材料來設計他們的夢想飛機。加上降低的燃料成本,改善的空氣動力學特性和更少的零件要求,不難看出碳纖維已準備好成為未來首選的飛機結構材料。
 
碳纖維提高燃油效率
眾所周知,在航空業中,飛機越輕,運營成本越低。較低的重量提高了燃油效率,從而大大降低了飛機的總體運營成本。由于碳纖維復合材料的重量非常堅固,因此飛機制造商正朝著這個方向傾斜。與傳統的鋁制飛機相比,使用碳纖維復合材料制造飛機的重量最多可減輕20%。專家估計,每減輕一公斤的重量,在飛機的整個生命周期中將節省約100萬美元的成本。總共節省了很多錢!
 
碳纖維改善空氣動力學性能
除了減輕重量外,飛機燃油效率的另一個重要因素是空氣動力學。設計越時尚,飛機的燃油效率就越高。由于碳纖維復合材料的制造工藝可以產生非常光滑但復雜的幾何形狀,因此飛機設計人員可以更輕松地優化碳纖維飛機的空氣動力學性能。此外,碳纖維的剛度還有助于在商用飛機中使用后掠式機翼設計,通過減少空氣動力阻力,將燃油消耗最多降低了5%。
 
碳纖維減少了零件數量
在飛機制造中使用碳纖維有助于降低成本的另一個領域是飛機制造所需的零件數量。例如,空中客車A380通常由大約600萬個零件組成。但是,由于碳纖維復合材料零件是模制的,因此可以設計每個模具,以便將幾個不同的零件組合到一個模具中,從而顯著減少構建平面所需的零件數量。由于構建飛機所需的零部件更少,因此也需要更少的制造時間。此外,由于碳纖維部件的重量更輕,因此操作和組裝所需的人員更少。所有這些因素加起來大大節省了飛機制造的成本。
 
未來使用碳纖維的飛機設計
在控制空氣動力學效率和節省燃油方面,使用碳纖維復合材料代替傳統金屬來制造飛機可為飛機設計人員提供更大的靈活性。這種靈活性也使人們有機會改變傳統的飛機設計。未來的商用飛機可能包括機身和機翼融合在一起的設計,類似于今天的某些軍用飛機。這種類型的設計極大地提高了飛機的升/降比,使飛機在空氣動力學方面更有效,同時仍減輕了重量。一架最新的空中客車概念飛機推出了一種帶有更胖,彎曲的機身的飛機,旨在改善氣流并提供更多的機艙空間。更長,更薄的機翼將減少阻力并提高燃油效率。U形尾巴可起到屏蔽作用,以減少發動機噪音。碳纖維甚至可以構思所有這些概念。
 
盡管自1970年代以來碳纖維復合材料已用于飛機制造中,但隨著制造技術的提高,尋求新方法在商用飛機的設計和制造中使用這種不可思議的資源的方法已變得越來越普遍。由于碳纖維復合材料的重量輕,強度驚人,表面光滑,因此是制造飛機許多零件的理想材料。在飛機機體上使用碳纖維可以使它們更省油,更具空氣動力學性能,并且可以用更少,更輕的零件制造飛機。所有這些因素加起來降低了制造和運營成本。難怪當今的概念飛機更多地使用了碳纖維復合材料,顯然,碳纖維將成為未來建造飛機機體的主要材料。
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