飞机不再金属专制 复合材料占比已超金属

如今，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，复合材料在总材料中的比例逐步提高，成为衡量飞机结构先进性的重要指标。相对之下，常规的金属材料占比越来越小。本期飞机小课堂以两大飞机制造商波音及空客的几大机型为例，介绍现代民机中复合材料的运用及发展趋势。

　　有分析人士认为，未来将是全复合材料结构的时代，作为飞机常规材料的金属反而会成为例外的那部分，地位降低许多。这样的设想是否会成真不得而知，有待时间的验证，不过我们可以清楚地看到，近年来大型民机在结构选材方面，全金属材料过渡到全复合材料是种明显的趋势。

　　美国贝奇飞机制造公司曾制造出世界上第一架全复合材料飞机。它使用了耐热性能好的碳纤维层，中间夹有环氧化物。石墨和环氧化物的保护层包裹着一种蜂窝状材料。这种复合结构要比目前普遍使用的铝、钢和钛的合金材料轻一半，强度和耐热性几乎相同。

　　我们来看看现今波音及空客几大机型中，复合材料有哪些运用。首先来谈波音787梦想飞机及波音747-8飞机。

　　波音787飞机：

　　波音787飞机主要由碳纤维复合材料制成。这种材料可像布料一样剪裁，因此新的生产工序制造出的边角余料和废料减少了。现有的飞机主要是铝制的，必须铣削和切割掉大片或大块材料来制造飞机结构。被用来制造飞机零部件的原材料中，通常有90%在生产过程中成为了边角余料。虽然这些材料可以再循环，但尽可能避免浪费无疑是更好的办法。787复合材料方案解决了这个效率问题。

波音787复合材料的使用

　　与波音777飞机相比，复合材料在波音787中的占比有很大提升，达到50%，远超过铝所占的20%。而波音777中复合材料约占12%，铝占50%。

　　以下为波音787材料应用中各主要成份的占比。

　　复合材料 – 50%

　　铝 – 20%

　　钛 – 15%

　　钢 – 10%

　　其他 – 5%

　　其中一个使用复合材料替代铝材减少零部件数量的例子，体现在第一个桶状机身段上，1,500张铝板共40,000–50,000个紧固件，紧固件减少了80%。(如图)

整件复合材料桶状构造

　　波音747-8飞机：

　　再说波音747系列的新机型波音747-8，家族成员包括747-8洲际飞机和747-8货机。这款新机型体现了很多新技术，包括复合材料的使用。

　　与波音777飞机一样，747-8飞机广泛采用新一代铝合金，同时，它还在襟翼、扰流板、短舱和方向舵中采用石墨复合材料。

747-8材料构成

　　这些材料具有更卓越的耐用性与抗腐蚀性和抗损坏性，能减少维修，增加飞机的可用性和创收时间。质量更轻的材料有助于减轻飞机重量。重量较轻的飞机其效率得以提高，油耗、维修成本、与重量相关的导航和起降费用降低。得益于此，747-8的重量将减轻907公斤(2,000磅)。

　　此外，另一飞机制造商空中客车公司也在复合材料方面不断尝试和努力。空客A380飞机、A350 XWB飞机都有这一创新性传统的体现。

　　空客A380飞机：

　　被叫做空中巨无霸的大型客机空客A380，约有25%由先进轻质复合材料制造，其中22%为碳、玻璃或者石英纤维增强塑料，3%为GLARE(一种玻璃纤维―铝层压板)材料。

　　A380还采用了复合材料制成的中央翼盒，它是连接机翼与机身的非常重要的主体结构。包括后压力舱在内的后机身也有复合材料的使用。

　　除复合材料外，A380还大量采用了先进的合金材料，这些材料具有易于修理和维护的好处。每一种材料都根据不同部件预计将承受的负荷、压力和损坏程度而进行优化使用。

　　空客A350 XWB飞机：

　　对于另一款新型A350 XWB宽体飞机来说，复合材料的表现更加突出，所占比例甚至超过了50%！

　　它与相比同级别飞机结构相比重量更轻，超过70%的减重是由于采用了53%的复合材料以及钛合金、铝合金等先进材料。A350 XWB宽体飞机的机身采用创新性的全新碳纤维增强型塑料，进一步减少了油耗，同时更易于维护。

　　早在2010年12月8日，空中客车公司就开始了首个A350XWB碳纤维结构机身桶的生产。(如图)

空中客车公司在其位于西班牙的Illescas工厂开始了首个A350XWB碳纤维结构机身桶的生产。

　　2012年4月25日，用于对A350XWB宽体飞机进行静态结构测试的飞机后端机身抵达总装线，空客A350XWB后机身段长20米，采用的是碳纤维复合材料，由机身尾段和四块后机身蒙皮组成。(如图)

首个空客A350XWB宽体飞机后机身段运抵总装线

　　将复合材料应用于飞机制造，需要遵循循序渐进的的方式。通过多年的实践和经验积累，复合材料使用比例逐步提高，飞机各方面的性能也因此得以逐步提升