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复合材料在空客飞机上的应用

2011-3-20 16:22:09 民航文化传播网 通讯员米晓春 陶文革 徐春娜 李俏俏 阅读:

  空中客车公司是首家在大型民用飞机上广泛采用复合材料的飞机制造商。A310是率先采用复合材料垂尾盒的民用飞机。A320是率先采用全复合材料尾翼的飞机,A340-500/600是率先采用碳纤维增强型复合材料(CFRP)大梁和后压力隔框的机型。A380的中央翼盒主要由碳纤维增强型复合材料制造,比先进的铝合金可以减轻1.5吨的重量。A380也采用了迄今世界上最大的复合材料后机身段。

  近三十年来,空中客车飞机的复合材料结构重量日益增加,从最初的A300飞机的不足5%,到A380飞机的25%,再到A350XWB的50%以上。这些年,通过循序渐进的方式,空中客车公司积累了丰富的经验,与供应商一起研发了相应的技能。

  空中客车公司率先使用碳纤维增强型复合材料替代金属材料。与传统的飞机材料相比,碳纤维增强型复合材料有强度高、质量轻、抗腐蚀和具有超级耐久性等优势。对于航空公司运营商,这意味着一架高性能的飞机,重量轻,有较低的维护和使用成本。未来的A350XWB飞机将成为空中客车公司发展战略的完美体现,其目标是飞机的每一个部件都采用最适宜的材料制造。

  A350XWB代表了行业内复合材料技术的最新进展,其中复合材料、轻金属材料和硬金属材料的比例分别是53%、20%和21%,在空客飞机上第一次实现了复合材料的用量超过了金属材料。而且,金属机体材料的解决方案也较之前的应用更为创新。尽管如此,金属材料将仍是一个挑战者,在未来的项目中依然是复合材料的竞争对手。简言之,空中客车公司认为,每一种材料(无论是金属材料还是复合材料)都有其自身的优势,空中客车飞机的机体总是各种材料的最佳搭配使用。

  空客A350XWB机型采用的增压型多板式复合材料机体是一项重大的进展和成就,这项技术术已在A380飞机上得到验证。

  对于运营商而言,复合材料在运营期间不会有腐蚀和疲劳损伤,但对于受到外物撞击(比如鸟撞),除了目视检查外,还需进行额外的详细无损评估(如采用超声波/共振方法),开展必要的修理。除了运营中的检查需求,复合材料在制造过程中也有采用超声波或X-射线等无损检测方法确保产品没有缺陷。为此,空中客车公司通过与研究机构的合作,开发出了先进的无损检测方法。

  总之,空中客车公司通过循序渐进的方法扩大了复合材料在大型民用飞机上的使用,同时还兼顾金属结构件的优点。复合材料并不适用于飞机所有的零部件的制造,其优势取决于部件所承受的载荷、应力类型以及部件的位置。因此,空中客车公司继续开发先进的超轻型合金,并确信无论是金属材料还是复合材料,都有各自的优势。

  碳纤维增强型复合材料(CFRP)在不同空客飞机上的应用百分比:

  复合材料在飞机结构重量中所占的比例,从1985年占A310-300机型的5%,到A380的25%,再到A400M的35%,直到将于2013年投入运营的A350XWB的53%,是一个循序渐进的过程。

  复合材料在空客各机型上的应用情况如下:

A310-300 5 % 垂尾、方向舵、升降舵+扰流板+副翼+短舱+NLG舱门+整流罩(如雷达罩、机翼/机体整流罩)+机翼T/E检查口盖+ 水平尾翼、垂直尾翼、L/E 和T/E口盖+吊架整流罩
A320 10 % 以上各项+水平尾翼面板+襟翼+MLG舱门+机覆整流罩(替代机翼/机体整流罩)
A330/A340 10 % 以上各项+水平安定面油箱
A340-500/600 11,5 % 以上各项+后压力隔框(增压)+龙骨梁
A380 25 % 以上各项+后机身+尾锥+横梁+中央翼盒+机肋+襟翼轨道+首次在民用飞机上机体壳采用GLARE
A400M 35 % 以上各项+货舱门+外翼盒(蒙皮+桁条)
A350 XWB 53% 以上各项+外翼底部+机体蒙皮+隔框

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