碳纤维在航空航天领域的应用

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说到碳纤维在航空航天领域的应用进入20世纪,人类科技取得空前发展,其中最重大的发明之一,就是飞机的诞生,它使人们实现了飞向天空的梦想。但随着人类面临的资源、能源和环境问题的日益突出,同其他工业部

碳纤维在航空航天领域的应用

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进入20世纪,人类科技取得空前发展,其中最重大的发明之一,就是飞机的诞生,它使人们实现了飞向天空的梦想。但随着人类面临的资源、能源和环境问题的日益突出,同其他工业部门一样,对飞机的节能、降耗、减排提出了更高要求,因此开发使用轻质、高强、高效和低成本的新型飞机结构材料,是当代航空技术的重要发展趋势。而20世纪60年代开发应用的高性能纤维增强的复合材料是其中的一个重要体现。下面,将以B-787飞机为例,无锡碳月工厂来简短介绍发展航空碳纤维复合材料的重要意义。近些年来,航空业界最热门的话题莫过于美国波音飞机公司的B-787型商用飞机,波音公司把这款飞机命名为“梦想”,其背后包含两层意思,其一是要挽回B-767与空客A-330竞争中的失利,随着世界民航市场份额不断流向空客,波音公司寄希望推出一款新的机型来实现重振昔日雄风的梦想;其二是该机创新性地采用了许多设计新概念和新技术,其中最引人注目的是飞机结构采用了50%的碳纤维复合材料制造,这是前所未有的。应用碳纤维复合材料后,不但能够比它的上一代机型降低20%的油耗,而且具有更舒适的客舱环境。之所以使用碳纤维复合材料,是因为它相对于已经使用长达半个世界的铝合金材料更具有轻质高强的优点,用碳纤维复合材料制造飞机结构,同铝合金相比,减重效果可达20%–40%,在节能减排上体现出巨大的经济效益和社会效益。要知道,飞机结构每减重11b,产生的燃油节能效益,都要用“百万美元”来计算。也正是因为用了碳纤维复合材料,使制造工艺在有改进,B-787在总装时不再像以前那么复杂,比如B-787采用了复合材料整体机身,就代替了原来需要的1500张铝板和几万个紧固件。尽管碳纤维复合材料目前要比铝合金贵得多,但这一不足已经通过改进制造工艺和降低制造成本而得到了弥补。些外,B-787飞机许多设计上的新概念,比如客舱更宽敞、更舒适,窗口开得更大,视野更好,起飞降落噪声更低,采用智能监控,飞行更安全等,前提都是因为使用了碳纤维复合材料。半个世纪以来,随着复合材料的优点被越来越多的人认识和接受,以及使用经验的不断积累,专家预言,今后20–30年碳纤维复合材料将迎来发展新时期,它的大规模采用将带来航空制造产业链革命的变革。

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