碳纤维复合材料在航空领域新应用

  T300碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用,目前应用较多的为拉伸强度达到5.5GPa,断裂应变高出T300碳纤维的30%的高强度中模量碳纤维T800H纤维。

  1.军品方面的设计应用

  碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。

  数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量31.5%,臧少零件61.5%,减少紧固件61.3%,复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标结构重量系数来衡量,国外第四代军机的结构重量系数已达到27-28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右,其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机,已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝東碳纤维增强的复合材料。

  2.民航客机的新应用

  在民用领域,555座的世界最大飞机A380由于CFRP的大量使用,创造了飞行史上的奇迹。飞机25%重量的部件由复合材料制造,其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP),3%为首次用于民用飞机的GLARE纤维一金属板(铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构)。这些部件包括:减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。

  继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框一复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后,A380又--次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战。仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。由于CFRP的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损。从而大大减少了油耗和排放,燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右,并降低了运营成本,座英里成本比日前效率最高飞机的低15%-20%,成为第一个每乘客每百公里耗油少于3升的远程客机。