如今,飛機(jī)、飛行器、無人機(jī)已經(jīng)使我們經(jīng)常聽到的詞匯了。在我們傳統(tǒng)印象里,這類飛行工具的材料應(yīng)該是鋼、鋁合金或者是更硬的傳統(tǒng)材料。其實(shí),碳纖維制品,早已廣泛應(yīng)用的飛行工具中了。
碳纖維復(fù)合材料與鋁合金、鈦合金、合金鋼并稱為飛機(jī)機(jī)體的四大先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料,在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量達(dá)到70%~80%,在軍用飛機(jī)上占30%~40%,在大型客機(jī)上占15%~50%。
由于具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度的屬性,碳纖維在航空航天領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。碳纖維相對于鋼或鋁,減重效果可以達(dá)到20%至40%,在航空航天領(lǐng)域,主要應(yīng)用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料(占飛機(jī)重量的30%左右),使飛機(jī)重量減輕6%至12%,從而顯著地降低飛機(jī)的燃油成本,此外碳纖維也能夠克服金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點(diǎn),增強(qiáng)飛機(jī)的耐用性;復(fù)合材料的良好成型性可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本和制造成本大幅度降低。飛機(jī)產(chǎn)業(yè)對碳纖維的需求增量主要來自兩大因素:一是碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用比例不斷提高,二是飛機(jī)訂單的增長。
碳纖維具有以下特性:1、安全性:與鋁合金相比,復(fù)合材料的損傷容限和抗腐蝕性能更好,提高了耐久性,同時(shí)也提高了安全性。另外,碳纖維復(fù)合材料首先應(yīng)用于軍機(jī),為民用飛機(jī)積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)。2、經(jīng)濟(jì)性:飛機(jī)的成本不僅僅是一次性的購買費(fèi)用,還要考慮油耗、維修成本、壽命等,成本的概念已經(jīng)擴(kuò)大成為全壽命成本。雖然碳纖維復(fù)合材料比鋁合金貴得多,但飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量大幅降低所帶來的的經(jīng)濟(jì)效益(包括油耗的降低等)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它的負(fù)面效應(yīng)。與傳統(tǒng)材料制作而成的飛機(jī)相比,此類機(jī)型排放少、油耗低、使用時(shí)間長,可以有效降低民用航空企業(yè)的運(yùn)營成本。3、 舒適性:由于采用了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料機(jī)身,B787客艙的舷窗尺寸加大了30%,這意味著旅客可以擁有更大的視野。由于碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)于鋁合金的抗疲勞和抗腐蝕特性,可以使客艙濕度和氣壓有所提高。
因此,碳纖維制品在軍民用飛機(jī)上的用量正逐年增加。但由于民機(jī)對安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型的要求高于軍機(jī),因此在應(yīng)用上更加保守和延后。