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飞机不再金属专制 复合材料占比已超金属.pdf
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【飞机不再金属专制 复合材料占比已超金属】
如今,复合材料在飞机上的应用已非常广泛,复合材料在总
材料中的比例逐步提高,成为衡量飞机结构先进性的重要指标。
相对之下,常规的金属材料占比越来越小。近年来大型民机在结
构选材方面,全金属材料过渡到全复合材料是种明显的趋势。
美国贝奇飞机制造公司曾制造出世界上第一架全复合材料飞
航空航天领域癿需求是碳纤
机。它使用了耐热性能好的碳纤维层,中间夹有环氧化物。石墨
维市场上癿一个亮点。目前,
碳纤维增强复合材料(CFRP ) 和环氧化物的保护层包裹着一种蜂窝状材料。这种复合结构要比
在飞机结构材料癿使用上限 目前普遍使用的铝、钢和钛的合金材料轻一半,强度和耐热性几
约为 50% ~55% ;正在研发
乎相同。
中癿支线飞机(小于 200 座癿
窄体商用飞机)将采用 15% ~ 1)波音787 梦想飞机
37%癿复合材料。在 2011 ~
2020 年癿10 年间,通用航空 波音787 飞机主要由碳纤维复合材料制成。这种材料可像布
领域可望增加12400 架飞机,
料一样剪裁,因此新的生产工序制造出的边角余料和废料减少了。
公务机市场将新增13600 架。
新飞机上癿复合材料约占 现有的飞机主要是铝制的,必须铣削和切割掉大片或大块材料来
54% ,公务机中占68%左右。 制造飞机结构。被用来制造飞机零部件的原材料中,通常有90%
在生产过程中成为了边角余料。虽然这些材料可以再循环,但尽
可能避免浪费无疑是更好的办法。787 复合材料方案解决了这个
效率问题。
图表1 波音787 复合材料的使用
787及777使用复合材料和铝材情况
(按重量计算)
波音 波音
材料
777 787
资料来源:中国碳纤维网 中科战略
复合材料 12% 50%
铝材 50% 20% 与波音777 飞机相比,复合材料在波音787 中的占比有很大
提升,达到50%,远超过铝所占的20% 。而波音777 中复合材料
约占12%,铝占50% 。
以下为波音787 材料应用中各主要成份的占比:
1
◆ 复合材料——50%;
◆ 铝——20%;
◆ 钛——15%;
◆ 钢——10%;
◆ 其他——5%。
其中一个使用复合材料替代铝材减少零部件数量的例子,体
现在第一个桶状机身段上,1500 张铝板共40000 –50000 个紧固
件,紧固件减少了80%。
图表2 整件复合材料桶状构造
资料来源:中国碳纤维网 中科战略
2 )波音747-8 飞机
波音747 系列的新机型波音747-8,家族成员包括747-8 洲
际飞机和747-8 货机。这款新机型体现了很多新技术,包括复合
材料的使用。与波音 777 飞机一样,747-8 飞机广泛采用新一代
铝合金,同时,它还在襟翼、扰流板、短舱和方向舵中采用石墨
复合材料。
图表3 波音747-8 飞机材料的使用情况
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