新型材料航空紧固件正研究中

来源:千龙网

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发布日期:2005年02月18日

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  2004年是航空材料技术发展迅速的一年。与前几年一样,在这一年里,传统材料的改进工作仍集中在先进复合材料及高温合金的性能优化及成本降低上。功能材料继续成为研究重点,表现出与变形飞机有关的智能材料的快速发展。最后,前瞻性材料如纳米材料领域更是成果迭出,美国人预计,在未来几年内,纳米材料将实际用于航空工业。

 

  1. 先进复合材料技术加快发展

 

  (1)军用飞机复合材料技术稳步发展

 

  大型军用运输机一直是国外研究的重点机型,

但近年研究发现,目前国外有一种观点认为,大型战略运输机耗资巨大,因此目前波音启动了一项称之为"战区内运输机"的计划,这种运输机的有效载荷约8万磅,在战区内无机场环境下能实现短距起降,结构为翼身融合体,要求材料具备高韧性、缺口敏感性低、生存力高的特点,复合材料将占很大比例。主要用于机翼等部位。

 

  (2)民用飞机复合材料用量成为竞争筹码

 

  进入新世纪以来,由于受残酷的竞争因素驱动,各大民机制造商均将其视为实现新飞机机体减重及降低直接运营成本的有效途径,先进复合材料在大型民用客机上的应用急剧升温,如欧洲的A380采用了22%复合材料,另采用了3%GLARE金属层板复合材料,复合材料单机用量达到29937kg。拟议中的波音7E7复合材料更是达到50%,创大型民机复合材料的记录。为确保复合材料结构的安全性,在机体中广泛置入了传感器。尽管波音、空客两家公司均将复合材料作为竞争未来民机市场的重要筹码,但空客认为,尽管复合材料在机翼上应用已经成熟,但碳纤维复合材料就已知性能来说仍嫌不足,它的抗冲击性不好,缺乏塑性、受高冲击部位(如舱门周围及前缘)难于修理。这种材料特别不适于机身,因为它的扭转弯曲强度及应力尚不十分清楚,A380机身之所以用Glare就是因为它的性能比纯复合材料稳定,也了解得更多。而波音公司的观点不同,认为复合材料已成熟,经过40年研究,性能了解很清楚,认为挑战不是技术性的,而主要集中在成本问题上,通过低成本技术的采用可以降低成本。尽管目前航空公司对于全复合材料机身易被地面人员损伤这一点存在恐慌,美国航空公司每年为此种损伤成本达20亿美元,而复合材料又比铝易受冲击损伤,但临时修理半小时内即可完成,可让飞机飞回基地。永久性的修理需几天,但要5~10年才进行一次。此外,在紧固件的使用上注意了框架采用金属紧固件进行机械连接,因复合材料紧固件拉伸性能好,但剪切性能尚未过关。至于复合材料机身的扭转或弯曲,可通过铺层方式以及使用偏转装置来控制。业界认为,两家公司在如何最佳引入先进结构材料上存在的不同观点,与十年前关于飞机大小争论一样,可能需要10年才能看出谁的答案能得到市场的认可。尽管如此,由于受波音飞机复合材料高用量的威胁,空客在今年宣布开发的A350上,为使重量较A330减轻8吨,也将复合材料用量调整到31%,从而表明空客在审慎使用复合材料的态度上发生了某些变化。

 

  由国外完成的市场调查表明,尽管复合材料应用中尚存在问题,但航空航天工业的复合材料用量仍以平均每年9%的速度增长。2003年,复合材料工业获得了500亿美元的收入,其中17%属于航空航天应用。预计从2004年到2008年,大量的维修工作将以每年4%~5%的速度增加,超过了与之对应的材料如铝合金、钢等。航空航天工业在复合材料市场中保持最高的市场增长率。随着航空器向高空、高速、信息化、智能化、隐身、无人化发展,未来航空武器中的重点机型如无人战斗机、高超声速导弹及飞机、战略轰炸机等一系列型号上,复合材料将扮演主角。

 

  (3)先进复合材料低成本技术进展迅速

 

  本年度低成本复合材料技术发展迅速。其中纤维铺放技术在2004年被用于F-35下翼面蒙皮等领域不断出现新成果。

 

  (4)装甲材料有望在飞机上获得新应用

 

  国外近年对将装甲材料用于军民用飞机的兴趣日益高涨。"光谱屏蔽"是一种由光谱纤维及芳纶纤维增强的复合材料。光谱纤维是一种高强度、高模量的聚乙烯纤维,比强度为钢的十倍,比重0.97。其关键性能指标--抗冲击性能相当出色。光谱纤维制成经编或机织物,发射中产生的能量能迅速消散。据美国称,包括美国海岸警卫队需要更综合化、重量更轻的装甲系统以用于飞机装备。这种材料也被用于或被评估用于一系列固定翼及旋翼机,如美国陆军的"黑鹰"的地板及座椅装甲、AC-130的地板、座椅及加固的座舱门,以及"科曼奇"(该项目被取消之前)。目前国外看好在大型直升机如"支奴干"上使用这种装甲材料。空客公司也对在A400M军用运输机上使用它很感兴趣。波音正在评估将光谱屏蔽材料用于7E7座舱门的可能性。此外,这种新型高强度材料也有可能作为7E7副翼、座椅及机翼的候选材料获得有限应用。

 

  2.传统金属材料仍在挖潜

 

  高温合金技术在2004年取得了长足进展,单晶合金及涡轮盘等领域均出现了新进展。

 

航标新型材料航空工业航空紧固件
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