碳纖維作為航空器的結構材料
2022-10-18
在大型先進飛機中，碳纖維增強基復合材料(CFRP)被廣泛用作主承力結構材料。且在研制成功的航空器中，CFRP也被用做結構材料。
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(AircraftEnergy Efficiency Program)”?，F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CFRP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(CFRP用量僅占3%)機身質量為60 t，而將CFRP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。
波音777X型飛機和波音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，首架飛機于2020年交付投入運營。波音777X飛機的主翼由CFRP制成，其翼展長約72m(235英尺)，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，CFRP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(Toray Industries, Inc.)TORAYCA®品牌的碳纖維預浸料制造。
2016年8月17日，英國研制的“空中之戀10號(Airlander 10)”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(Kuraray)公司生產的聚芳酯(Vectran)織物作蒙皮，蒙皮內充滿了帶壓氦氣;其形狀結構材料采用CFRP，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。
