碳纖維是大型先進飛機的主要結構材料,碳纖維在新型飛艇中也用作結構材料。
20世紀70年代中期的石油危機是碳纖維應用于飛機制造的直接原因。為緩解能源危機,當時的美國政府啟動了“飛機節(jié)能計劃”?,F(xiàn)代飛機機身采用鋼、鋁、鈦等金屬和復合材料制成。為節(jié)約燃油和提高運營效益,減輕機身質量一直是飛機設計制造技術中的核心挑戰(zhàn)之一。而碳纖維在飛機機身制造上的成熟應用為減輕飛機機身質量提供了最有效的途徑。例如,以金屬材料為主制成的波音767飛機機身質量為60 t,而將碳纖維用量提升到50%時,新型波音767飛機機身質量下降到48 t,僅此就極大地提升了該型飛機的能源和環(huán)境效益。
正在研制的波音777X型飛機和最新投產的波音787型飛機,機身復合材料的用量都達到了50%。波音777X型飛機是波音公司以波音777飛機為基型,正在開發(fā)的一種大型雙引擎客機,計劃首架飛機于2020年交付投入運營。波音777X飛機的主翼由碳纖維制成,其翼展長約72m,是目前客機中翼展最長的機型之一。翼展越長,升力越大,因此,波音777X的單座燃油消耗和運營成本都非常有競爭力。此外,碳纖維機翼不僅強度高、柔性好,且末端可折疊,這樣多數機場都能滿足其寬翼展的停機需求。波音787飛機的主翼和機身等主承力結構都采用日本東麗公司TORAYCA?品牌的碳纖維預浸料制造。2005年11月,東麗公司與美國波音公司簽署了一項為期10年的協(xié)議,為波音787夢想號飛機提供碳纖維預浸料。2015年11月9日,東麗公司宣布與美國波音公司達成綜合協(xié)議,將為波音公司生產的787和777X兩型飛機提供價值約110億美元的碳纖維預浸料。波音公司計劃提高787飛機的月產量,將從2015年的10架提高到2016年的12架、2020年的14架;同時,大型模塊的比率也將提高,這將極大地促進對碳纖維的需求。為保證波音787飛機月產量達12架后的材料供應,位于美國華盛頓州塔科馬市的東麗復合材料公司已于2016年1月完成了擴產;同時,日本東麗公司決定投資約4.7億美元,在其收購的斯帕坦堡縣廠區(qū)內建設包含原絲、碳纖維和預浸料在內的一體化生產線,設計年產能為2 000 t,這是東麗公司首次在美國建設一體化的碳纖維生產線,以用于研發(fā)波音777X飛機和滿足月產14架波音787飛機的需求。
2016年8月17日,英國最新研制的“空中之戀10號”大型飛艇完成了其處女航。這架飛艇是一種輕于空氣的航天器,被設計用來執(zhí)行偵察、監(jiān)視、通信、貨物與救援物資的運輸,以及乘客交通等。該飛艇采用日本可樂麗公司生產的聚芳酯織物作蒙皮,蒙皮內充滿了帶壓氦氣;其形狀結構材料采用碳纖維,最大化地減輕了飛艇自身質量。無人值守的情況下,該飛艇一次可最長在空中漂浮5天。