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为什么碳纤维首选用于飞机机体?
发布时间:2020-07-30 16:46 | 浏览次数:


随着波音787梦幻客机和空中客车A350 XWB的引领,商业航空公司正在逐步更多地利用碳纤维复合材料来制造飞机机身。由于碳纤维比钢强,比铝轻,因此可以模制成几乎任何形状。难怪航空航天工程师使用碳纤维复合结构材料来设计他们的梦想飞机。加上降低的燃料成本,改善的空气动力学特性和更少的零件要求,不难看出碳纤维已准备好成为未来首选的飞机结构材料。
 
碳纤维提高燃油效率
众所周知,在航空业中,飞机越轻,运营成本越低。较低的重量提高了燃油效率,从而大大降低了飞机的总体运营成本。由于碳纤维复合材料的重量非常坚固,因此飞机制造商正朝着这个方向倾斜。与传统的铝制飞机相比,使用碳纤维复合材料制造飞机的重量最多可减轻20%。专家估计,每减轻一公斤的重量,在飞机的整个生命周期中将节省约100万美元的成本。总共节省了很多钱!
 
碳纤维改善空气动力学性能
除了减轻重量外,飞机燃油效率的另一个重要因素是空气动力学。设计越时尚,飞机的燃油效率就越高。由于碳纤维复合材料的制造工艺可以产生非常光滑但复杂的几何形状,因此飞机设计人员可以更轻松地优化碳纤维飞机的空气动力学性能。此外,碳纤维的刚度还有助于在商用飞机中使用后掠式机翼设计,通过减少空气动力阻力,将燃油消耗最多降低了5%。
 
碳纤维减少了零件数量
在飞机制造中使用碳纤维有助于降低成本的另一个领域是飞机制造所需的零件数量。例如,空中客车A380通常由大约600万个零件组成。但是,由于碳纤维复合材料零件是模制的,因此可以设计每个模具,以便将几个不同的零件组合到一个模具中,从而显着减少构建平面所需的零件数量。由于构建飞机所需的零部件更少,因此也需要更少的制造时间。此外,由于碳纤维部件的重量更轻,因此操作和组装所需的人员更少。所有这些因素加起来大大节省了飞机制造的成本。
 
未来使用碳纤维的飞机设计
在控制空气动力学效率和节省燃油方面,使用碳纤维复合材料代替传统金属来制造飞机可为飞机设计人员提供更大的灵活性。这种灵活性也使人们有机会改变传统的飞机设计。未来的商用飞机可能包括机身和机翼融合在一起的设计,类似于今天的某些军用飞机。这种类型的设计极大地提高了飞机的升/降比,使飞机在空气动力学方面更有效,同时仍减轻了重量。一架最新的空中客车概念飞机推出了一种带有更胖,弯曲的机身的飞机,旨在改善气流并提供更多的机舱空间。更长,更薄的机翼将减少阻力并提高燃油效率。U形尾巴可起到屏蔽作用,以减少发动机噪音。碳纤维甚至可以构思所有这些概念。
 
尽管自1970年代以来碳纤维复合材料已用于飞机制造中,但随着制造技术的提高,寻求新方法在商用飞机的设计和制造中使用这种不可思议的资源的方法已变得越来越普遍。由于碳纤维复合材料的重量轻,强度惊人,表面光滑,因此是制造飞机许多零件的理想材料。在飞机机体上使用碳纤维可以使它们更省油,更具空气动力学性能,并且可以用更少,更轻的零件制造飞机。所有这些因素加起来降低了制造和运营成本。难怪当今的概念飞机更多地使用了碳纤维复合材料,显然,碳纤维将成为未来建造飞机机体的主要材料。
 
 
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