复合材料种类很多,可以按纤维品种分类,也可以基体的品种分类,还可以按纤维的存在形式分类等。我们在飞机上用得最多的就是碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)。本文博实小编带大家了解一下碳纤维复合材料应用在飞机上的优缺点有哪些?
一、碳纤维复合材料应用于飞机的优势
既然复合材料如此受欢迎,它究竟有哪些优点呢?与传统金属相比,复合材料最大的优势在于它重量轻、强度高、刚度高。复合材料的密度仅相当于钢的1/4、铝合金的60%,所以,在飞机上使用复合材料,很大的一个动机是减重。
从性能上看,复合材料有三大优点:一是抗疲劳性能好,二是耐腐蚀性能好,三是可设计性强。我们可以按任意的铺层比例和铺层方法去设计我们要的材料。比如说有些航天器上用的复合材料,需要体积随温度变化越小越好,这就可以通过比例和材料的组合,实现零热胀率。碳纤维复合材料还有非常重要的一个优点,就是可以实现整体成形,从而降低制造成本。
从乘客的角度来说,复合材料给我们带来的好处主要是舒适性。如果你去波音参观787的生产线,他们就会给你讲,复合材料做的机体,可以提高舱压,从而给乘客带来更高的舒适性。
一般情况下,常规的金属飞机舱压保持在海拔2400米左右的高度,相当于在高原上的感觉,乘客肯定感觉不舒服。
由于机身主要承受拉力,而复合材料抗拉性能好,因而可以增加舱压,降到海拔1800米左右的压力。乘客坐在里边,感觉就舒服多了。
此外,金属对腐蚀敏感,机舱里边湿气较大的话,会在客舱壁上会形成一些水珠,从而造成金属腐蚀。复合材料耐腐蚀性强,可以把湿度提高,乘客的感受当然也更好些。
二、碳纤维复合材料应用于飞机的缺点
复合材料优点多多,但缺点也不少。复合材料由2种或2种以上材料组成,并且材料和结构是同时形成的。这一点跟传统金属材料很不一样。
金属材料的性能是固定的,做零件时只需要对金属材料进行加工就成,但复合材料不行,在制造之前它是散的,纤维是纤维,树脂是树脂。
制造复合材料零件的过程包括原材料选择、工艺选择、工艺控制以及结构设计。这个过程中,任何一个环节出现问题,都会影响产品件的性能,所以这是一件令人头疼的事,我们要想办法对付它。
复合材料对冲击敏感也是一个大问题。因为它是一层一层铺的,怕冲击,沿着厚度方向的载荷都会造成内部损伤、内部分层。
此外,复合材料导电性差。金属材料遭受雷击可以将电流扩散到更大的范围,但复合材料就扩散不出去,会在局部造成损伤。
复合材料还对环境敏感。在湿热的环境里,复合材料会吸湿,吸湿以后性能就降下来了。复合材料的热膨胀系数跟金属不一样,所以需要考虑热应力的影响。最后,复合材料的成本目前还是比较高的,这也是需要考虑的因素。