現(xiàn)代噴氣式飛機，如波音787和空客A350，已經(jīng)出現(xiàn)采用復(fù)合材料制造機身結(jié)構(gòu)的趨勢。這似乎將成為新飛機設(shè)計的前進方向。雖然存在一些挑戰(zhàn)，但較低的客機重量能顯著提升飛行效率并降低運營成本。

波音787為首款采用復(fù)合材料制造機身的客機

鋁金屬機身

飛機并非一直采用金屬制造。許多早期飛機使用木材制造，不僅僅是雙翼飛機這樣的小型飛機，被稱為“云杉鵝”運輸機的霍華德·休斯H4也是木制結(jié)構(gòu)。

“云杉鵝”運輸機于1947年推出，是世界上最大的木制飛機。

木材是一種實用的材料，成本低，重量也很輕。但對于高速飛行來說，木材不夠堅固。隨著飛行速度的提高，當(dāng)然也隨著噴氣發(fā)動機的引入，金屬材料成為飛機制造的更佳選擇。.

鋁金屬曾是飛機制造材料的最佳選擇，耐用、輕便，且相對便宜。事實上，鈦金屬更好，但成本太高。折衷之舉是使用鋁合金來減少應(yīng)力疲勞和腐蝕的問題。直到最近，這種鋁合金一直是所有噴氣式飛機機身的基礎(chǔ)材料。此外，還會使用少量的其他金屬(如鋼或鐵)，但它們本身太重，在高溫下會產(chǎn)生應(yīng)力。

長期以來，噴氣式飛機以鋁合金材料為主。

轉(zhuǎn)向復(fù)合材料

許多現(xiàn)代飛機，尤其是波音787和空客A350，都已改用復(fù)合材料進行建造。這順應(yīng)了近年來飛機運行效率更高、成本更低、排放更低的趨勢。

早期飛機已經(jīng)開始朝這個方向轉(zhuǎn)變。例如，空客A380的復(fù)合材料占比約為20%，波音777的復(fù)合材料占比約為12%。有趣的是，最新的波音777X將保留鋁制機身。

以波音787為例，大約50%的材料是碳纖維增強塑料(CRFP)和其他復(fù)合材料。鋁仍占20%，鈦占15%，鋼占10%。

波音787機身大約50%是碳纖維復(fù)合材料及其他復(fù)合材料。

空客A350也使用了CRFP?？湛凸驹谄渚W(wǎng)站上提供了關(guān)于使用CRFP的詳細(xì)描述:

“在CFRP的生產(chǎn)中，數(shù)千根極細(xì)的碳纖維絲捆綁在一起，形成每一根纖維束，許多這樣的纖維束通過樹脂粘合在一起，以達到所需的剛性水平。復(fù)合材料組件是由精確成型的薄片相互疊加，然后粘合而成，通常是在稱為高壓釜的烘箱中加熱和加壓，從而產(chǎn)生高性能的復(fù)合材料?！?/span>

飛機制造向復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變在很大程度上要歸功于波音公司。波音公司選擇追隨波音777(迄今最暢銷的寬體客機)的成功，采用全新的波音787飛機設(shè)計，使波音進入了此前未經(jīng)驗證的復(fù)合材料機身市場。不過各大航空公司給出了積極的反應(yīng)。受此影響，空客公司也決定修改空客A350的計劃，并采用空客A350XWB設(shè)計一款全新的復(fù)合材料寬體客機。

波音787是第一架大量采用復(fù)合材料制造的飛機，比空客A350XWB早4年推出。

復(fù)合材料的優(yōu)勢

復(fù)合材料用于飛機制造的主要優(yōu)點是減輕重量，從而降低飛機燃料消耗和排放，最終降低各大航空公司的座席成本。而且，復(fù)合材料還具有抗腐蝕性和抗疲勞性，這能減少航空公司的維護時間和維護成本。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件可以被模塑成任何形狀。這一特點使得整個機身的“桶”段部分可以在不同地點進行制造，而無需像鋁板一樣必須使用螺栓固定在一起。波音公司在建造787客機時廣泛使用了這種方法。機身部分在不同的地方(包括意大利和日本)完成制造，然后空運到到波音的美國工廠進行最后組裝。

在最終組裝階段，對不同的復(fù)合材料787機身進行連接。

另一個不同之處就是機身舷窗更大。由于復(fù)合材料機身抗疲勞性能更強，機身舷窗尺寸可以增大。波音787擁有所有客機中最大的舷窗，隨著復(fù)合材料性能的進一步提升，未來我們能看到更大的機身舷窗。

波音787擁有目前所有飛機中最大的機身舷窗。

復(fù)合材料的局限性

隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，至少應(yīng)用于商用客機的復(fù)合材料技術(shù)正在快速發(fā)展，復(fù)合材料還存在什么缺點嗎?在某種程度上，成本是其中之一。CFRP組件的生產(chǎn)成本比標(biāo)準(zhǔn)的金屬部件要高(隨著生產(chǎn)和使用的擴大，這種情況可能會改變)。但隨著時間的推移，這一成本可以被較低的維護成本所抵消。

此外，還有人對復(fù)合材料機身受損的檢測表示擔(dān)憂。撞擊損傷不像金屬機身那樣可見或易于檢測。監(jiān)管機構(gòu)提出的緩解該問題的建議包括更好的培訓(xùn)以及對潛在的機身接觸進行更多的監(jiān)管和報告。其他測試(包括光學(xué)、電子和聲學(xué))也可以檢查復(fù)合材料機身損壞。

另一個挑戰(zhàn)是飛機改裝。目前已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)貨機改裝的問題——在復(fù)合材料機身上切割裝貨門比在鋁制機身上切割裝貨門更具挑戰(zhàn)性。但隨著機身重量的減輕以及飛行效率的提升，運營商會樂于接受上述問題。

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