碳纤维复合材料在轻型运动飞机上的应用

  当前,轻型运动飞机在国外的发展速度较快,但是在我国依然处于刚刚起步的阶段。因此在制造过程中如何才能降低轻型飞机的制造成本成为了当前制造轻型运动飞机的关键问题。根据西方发达国家制造轻型运动飞机的经验来看,采用碳纤维复合材料是当前降低轻型运动飞机构造成本的有效途径之一,因此研究碳纤维复合材料在轻型飞机结构中的应用具有重要意义。

  轻型飞机顾名思义就是飞机的重量轻、体积小。轻型运动飞机最初在2004年美国联邦航空局按照民航提案的相关要求新推出的一个飞机种类。该类飞机满足以下要求:①最大起飞重量为600kg(陆地起降型)一650kg(水上起降型);②最大平分空速不能大于222km/h;③失速速度要低于83km/h;④既可以单座也可以是双座;⑤装配有不可收放式起落架;⑥螺旋桨可以采用固定桨距也可以采用地面可调桨距;⑦配备的驱动装置一般是发动机或者活塞发动机。

  当前,碳纤维复合材料因为自身独特、卓越的性能特点被广泛运用在航空领域,特别是在飞机制造业中运用广泛。根据相关资料显示:当前碳纤维复合材料在直升飞机和小型飞机中使用已经达到了70%一80%,然而在轻型运动飞机中的应用还不到5%。

  由于碳纤维增强树脂基复合材料具有质量轻等突出优点,且该材料对重量、疲劳特性以及刚度方面的要求相对严格,在温度高、化学稳定性高的环境下更适合使用。当前碳纤维增强树脂基复合材料已经成为武器装备的主要生产材料。

  当前美国军用飞机的AV-8B改型“鹞”式飞机很多结构都采用了这种复合材料,其中飞机的机翼、机前身等部位都使用的是石墨环氧大型部件,从整个飞机的结构来看,使用碳纤维材料几乎达到了整个飞机重量的26%,从而不仅减轻了飞机的机重,还提高了飞机的有效荷载比。

  据显示:如果将飞机的前身段构造采用碳纤维复合材料跟金属结构相比质量最少减轻30%左右。当前随着对碳纤维复合性材料的研究逐渐深入,该材料逐渐被运用到微型飞机的结构设计中,很多国外轻型运动飞机和无人驾驶飞机已经基本上实现了结构的复合材料化。

  例如:将轻型运动飞机大约25%重量的部件采用复合材料,其中几乎约22%就是采用碳纤维增强塑料。因为该种材料具有减轻重量和不容易出现疲劳或者被腐蚀等性能,能够有效降低轻型运动飞机的油耗和排放。跟直接竞争机型相比,轻型运动飞机的燃油经济性要低13%左右,有效降低了轻型飞机构造的成本。

  综上所述,我国在发展碳纤维复合材料做出了不懈努力,并且经过多年的不懈努力,所取得的成效和进步也是巨大的,虽然当前碳纤维复合型材料应用在轻型运动飞机中还处于初步的阶段,在一些制造工艺和制造技术上还有待进一步完善,但是笔者相信,只要我们坚持不懈,一定会开拓出碳纤维复合材料运用的新天地。

 

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