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航天制造

轻型、坚固的飞行器受力构件

产业

得益于使用复合材料,航天制造业在增大飞行器功率、降低重量方面达到了质的飞跃。

每天全世界的航运总量都在增加,这也提高了对于飞行安全方面的要求。使用复合材料能够完善飞行机器的运行性能,从而提升飞行的安全性和可靠性。

降低燃油消耗并提高飞行距离

使用碳纤维复合材料的优势

使用以碳纤维为基础的复合材料,能够在保障构件强度的同时,平均降低飞行器30 %的重量。

碳纤维复合材料具有高抗震性和耐蚀性,能够保证构件长时间持续性安全作业。

在航天制造领域,使用以碳纤维为基础的复合材料与使用合金相比较,具有以下优势

  • 高质量
  • 高强度
  • 高耐蚀性
  • 高疲劳强度
  • 高耐磨损性

碳纤维复合材料比重较小-1.5 g/ cm³(铝合金-2.8 g/ cm³、钛合金-4.5 g/ cm³)。
复合材料零件比金属零件轻近80 %。
碳纤维的强度和刚性比其它主要钢铁品种高约6 倍。


碳纤维和其他材料技术参数比较:

纤维类型




拉伸强度,MPa 拉伸弹性模量, GPa 断裂伸长率, % 密度, g/cm3
碳纤维(以聚丙烯腈前体为基础) 高强度标准模量 3500-5000 200-280 1.4-2.0 1.75-1.80
高强度中等模量 4500-7000 280-325 1.7-2.1 1.73-1.81
高模量 3500-5000 325-450 0.7-1.4 1.75-1.85
超高模量 2500-4000 450-600 0.7-1.0 1.85-1.95
玻璃纤维 E-玻璃 2500-3800 70-75 4.5-4.7 2.5-2.7
S-玻璃 4000-4500 80-90 5.0-5.3 2.5
有机纤维 芳纶纤维 3000-3600 60-180 2.4-3.6 1.45
聚乙烯纤维 200-3000 5-170 3-80 0.96
钢纤维 高强度 1200-2800 200 3.5 7.8
防锈 800-2000 190 3.0 7.8
玄武岩纤维 3000-4800 90-110 3.0 2.6-2.8
硼纤维 3500-4000 350-400 0.5-0.7 2.6

使用


许多班机的构件都使用复合材料。

其中包括:

  • 空气制动器
  • 扰流板
  • 副翼
  • 襟翼
  • 控制面
  • 设计复杂的襟翼构件
  • 挂架
  • 传动机匣板
  • 传动机匣舱口
  • 螺旋桨叶
  • 垂直尾翼和横尾翼翼板
  • 受力构件(中央翼,翼箱,翼梁,桁条,翼肋)
  • 机身蒙皮构件
  • 内部受力构件(大梁、地板、隔板)
  • 装修与装潢零件

飞行发动机整流罩等。

  • 碳纤维复合材料用于制造直升机旋翼
  • 机身受力构件和机体零件。
  • 产品链接

碳纤维复合材料用于制造轮刹零件,其重量仅占钢铁制动器重量的30 %。

3000 次降落

碳纤维复合材料制造的制动器使用期限为3000次降落。


现代化直升机的制造材料中,碳纤维复合材料占15 %。

历史

在航天制造领域使用复合材料的历史可以追溯到上个世纪30 年代,那时开始使用玻璃纤维复合材料制作航空构型装备。

1961年问世的以碳纤维为基础的复合材料在航天业引发了革命,碳纤维复合材料成为了重型金属的替代物。20年后,碳纤维复合材料开始在航天制造业被全面使用。

经验


在现代飞机中,复合材料的比重占飞机重量的50 %以上。

50% 复合材料
20%
15%
50% доля композиционных материалов
10%
其他 05%

根据设计,复合材料占A350飞机重量的

52 %,铝占20 %、钛占14 %、钢铁占7 %、其它材料占7 %。В787 Dreamliner飞机的构造中,复合材料占重量的50 %,铝占20 %、钛占15 %、钢铁占10 %、其它材料占5 %。

结论

复合材料在航天制造业中的深入意味着能够生产出符合所要求的强度和安全参数的,及其它使用标准的飞行器构件。


坚固的轻型碳纤维复合材料完善了现代飞行器的构造,降低了燃油消耗,提高了飞行距离。