如今,飛機、飛行器、無人機已經(jīng)使我們經(jīng)常聽到的詞匯了。在我們傳統(tǒng)印象里,這類飛行工具的材料應該是鋼、鋁合金或者是更硬的傳統(tǒng)材料。其實,碳纖維制品,早已廣泛應用的飛行工具中了。
碳纖維復合材料與鋁合金、鈦合金、合金鋼并稱為飛機機體的四大先進結(jié)構(gòu)材料,在小型商務飛機和直升飛機上的使用量達到70%~80%,在軍用飛機上占30%~40%,在大型客機上占15%~50%。
由于具有質(zhì)輕、高強度的屬性,碳纖維在航空航天領(lǐng)域有廣泛應用。碳纖維相對于鋼或鋁,減重效果可以達到20%至40%,在航空航天領(lǐng)域,主要應用于飛機的結(jié)構(gòu)材料(占飛機重量的30%左右),使飛機重量減輕6%至12%,從而顯著地降低飛機的燃油成本,此外碳纖維也能夠克服金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點,增強飛機的耐用性;復合材料的良好成型性可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計成本和制造成本大幅度降低。飛機產(chǎn)業(yè)對碳纖維的需求增量主要來自兩大因素:一是碳纖維復合材料在飛機結(jié)構(gòu)材料中的應用比例不斷提高,二是飛機訂單的增長。
碳纖維具有以下特性:1、安全性:與鋁合金相比,復合材料的損傷容限和抗腐蝕性能更好,提高了耐久性,同時也提高了安全性。另外,碳纖維復合材料首先應用于軍機,為民用飛機積累了可貴的經(jīng)驗。2、經(jīng)濟性:飛機的成本不僅僅是一次性的購買費用,還要考慮油耗、維修成本、壽命等,成本的概念已經(jīng)擴大成為全壽命成本。雖然碳纖維復合材料比鋁合金貴得多,但飛機結(jié)構(gòu)重量大幅降低所帶來的的經(jīng)濟效益(包括油耗的降低等)遠遠超過了它的負面效應。與傳統(tǒng)材料制作而成的飛機相比,此類機型排放少、油耗低、使用時間長,可以有效降低民用航空企業(yè)的運營成本。3、 舒適性:由于采用了整體結(jié)構(gòu)的復合材料機身,B787客艙的舷窗尺寸加大了30%,這意味著旅客可以擁有更大的視野。由于碳纖維復合材料具有優(yōu)于鋁合金的抗疲勞和抗腐蝕特性,可以使客艙濕度和氣壓有所提高。
因此,碳纖維制品在軍民用飛機上的用量正逐年增加。但由于民機對安全性、可靠性、經(jīng)濟型的要求高于軍機,因此在應用上更加保守和延后。