碳纤维材料在通用航空器上的应用解析

  碳纤维复合材料在飞机飞艇骨架以及旋翼人机方面有很多的应用。它的出现是航天事业进步的条件之一,而航天的进步又关系到国家综合实力的发展,因此碳纤维复合材料在通用航天器上的应用已经成为当今时代的热点,本文对这些应用进行阐述。

  伴随科学技术的进步与发展,新型飞机对碳纤维复合材料的使用越来越多,其具有结构轻巧以及维修费用低的特点。碳纤维复合材料的增强体主要包含玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维等等,这种材料最大的特点就质地轻薄,在力学性能方面有较为突出的比强度和比模度,这样有利于我国航天航空事业向着轻量化制造方面发展。

  碳纤维复合材料主要是一种由碳元素组成的特殊性纤维,但是含量因为种类的不同有不同的分类,一般情况下,碳纤维的材料也在百分之九十以上,碳纤维在特点上具有耐高温和耐摩擦以及导电和导热的性能。它与其他材料的主要区别是外形比较柔软,因此不但可以形成各种织物,而且在所含有的纤维轴方面还有较高的强度,更是因为比重小,所以比强度也更强。在上个世纪,碳纤维就用在了火箭、航天.以及各种尖端性技术上,而且碳纤维与环氧树脂的结合,在航天领域发挥了极大的作用,使航天飞行器的重量极大的减少了。

  在当前发展过程中,通用飞机使用碳纤维复合材料在所有材料中已经具备大约70%以上的含量。例如,在德国的特技训练机中,娱乐飞机和商务飞机都使用了此种材料。在飞机两翼以及操纵面和水平安定面上:都是由此材料构成,其中,在腹板位置上使用了碳纤维的综合复合板,机身位置上, 使用的是碳纤维复合材料夹层表面的蒙皮层和其他层纤维,排列机构需要按照飞机的载荷分布去确定和优化,一般会在飞机门窗的周围加入一定厚度的碳纤维材料,以此增加飞机门窗的强度。

  最近几年,在通用航空领域,无人机的市场前景越来越广阔,这主要是因为无人机具有安全、经济以及易操作性的特点,有利于气象的预测以及交通监管和国土检测等方面。在无人机的整体结构构成上,使用碳纤维材料有助于轴向性能的优化,还有利于纤维铺层方向的设计,复合材料的使用和制造技术也在不断发展,因此很多种类和型号的无人机在构造中都是用了碳纤维复合材料,这样能够最大限度的提升无人机操作的综合性,进而达到轻量化。

  在太阳能无人机中,如果大量的使用此种材料,若最大翼展超过了17米,那么重量仅仅保持在30公斤以内。例如,在美国,新一代无人机,小牛的外壳以及机翼就是使用的碳纤维复合材料,整个机身的重量只有一千克;在我国,雷鸟也使用了碳纤维材料,达到了减重的目的。飞机部件一般使用碳纤维复合材料较多的是机翼,占到约70%的比重,其他部位,像机身和垂直安定面一般为40%~ 50%之间。

  综上所述,本文对碳纤维复合材料在航天航空中的应用进行了分析和研究,特别是其在性能方面的优质性,因此无论是飞机的轻量化以及低成本的开发,都需要碳纤维复合材料的加入,这也是我国航天事业发展的关键,更是世界航天服务和探测的根本。