|
摘 要 本期文章主要講述了歐洲空客公司技術(shù)創(chuàng)新部門結(jié)合自己多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)碳纖維在民用飛機(jī),、臨近空間無(wú)人機(jī),、電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用和未來(lái)挑戰(zhàn)進(jìn)行的闡述。 《美國(guó)赫氏碳纖維在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用》 1 碳纖維在民用航空領(lǐng)域應(yīng)用 自上世紀(jì)70年代，碳纖維在飛機(jī)領(lǐng)域獲得應(yīng)用以來(lái),，歐洲空客公司不斷開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料技術(shù),，而碳纖維復(fù)合材料在空客民機(jī)中應(yīng)用比例也不斷提升。 以空客A350XWB型飛機(jī)為例,，碳纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用比例已經(jīng)高達(dá)53%，金屬合金比例為33%,；其中鈦合金主要用在高負(fù)載框架,、起落架等結(jié)構(gòu),，CFRP可用于機(jī)翼、中央翼盒和龍骨梁蒙皮面板等結(jié)構(gòu),。 民機(jī)用碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域主要發(fā)展趨勢(shì)包括：完整一體化結(jié)構(gòu),、全自動(dòng)化的系統(tǒng)安裝,、自動(dòng)化纖維鋪放等，通過(guò)采用CFRP可使發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)后部實(shí)現(xiàn)完美集成,。 而民機(jī)用碳纖維復(fù)合材料也對(duì)先進(jìn)技術(shù)存在迫切需求,，如低成本加工技術(shù)、快速固化成型技術(shù),、廢料精確控制技術(shù),、綠色可回收技術(shù)等。 空客公司除了在民機(jī)用碳纖維復(fù)合材料開(kāi)展前沿性應(yīng)用研究以外,，在如下國(guó)防軍機(jī),、航天衛(wèi)星等結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了大量探索研究工作。 2 碳纖維在臨近空間無(wú)人機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用 針對(duì)近年來(lái)熱點(diǎn)飛行器——臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)領(lǐng)域研究,，關(guān)于臨空無(wú)人機(jī)可閱讀《盤點(diǎn)國(guó)外臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)》,，空客公司在英國(guó)國(guó)防部項(xiàng)目支持下，成功研發(fā)出Zephyr型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī),，飛行高度達(dá)7萬(wàn)英尺(21336米),，該飛行器采用超輕質(zhì)碳纖維結(jié)構(gòu)。 2003年,，Zephyr臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)概念提出,。 2005年，翼展達(dá)12米的兩架原型Zephyrs飛行至最高海拔27,000英尺,，飛行時(shí)間為4.5小時(shí)和6小時(shí),。 2010年Zephyr原型無(wú)人機(jī)翼展提高到18米，于2010年7月9日開(kāi)始進(jìn)行飛行試驗(yàn),，并在21,561米的高空停留14晚（336小時(shí)22分鐘）,。 2018年7月，Zephyr S HAPS無(wú)人機(jī)翼展達(dá)到25米,，而飛行時(shí)間更是增加到25天,。  據(jù)悉，在空客公司Zephyr無(wú)人機(jī)研發(fā)成功后，未來(lái)將在英國(guó)軍隊(duì)作為高科技飛行器服役,，用于監(jiān)視世界各地的地面目標(biāo),。 從Zephyr無(wú)人機(jī)發(fā)展歷程可以看出，隨著臨空無(wú)人機(jī)翼展增加,，其在臨空環(huán)境飛行周期也隨之增加,。而無(wú)人機(jī)翼展增加則對(duì)其碳纖維復(fù)合材料性能提出更高要求，因?yàn)?strong>高翼展代表結(jié)構(gòu)材料需要更高剛度,，因此須采用高強(qiáng)高模碳纖維復(fù)合材料才能滿足要求,。 3 碳纖維在電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用 空客公司已經(jīng)成功推出E-FAN、E-FAN 2.0兩個(gè)版本的電動(dòng)飛機(jī),，版本主要區(qū)別在于乘坐人數(shù),，如2.0版本代表為雙座飛機(jī)，下圖為E-FAN 2.0電動(dòng)飛機(jī),。 E-FAN2.0電動(dòng)飛機(jī)是一款結(jié)構(gòu)非常小巧,、翼展為31英尺的雙座飛機(jī)，由于采用了全碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu),，因此機(jī)身凈重僅為1100磅,。目前空客正在研發(fā)四座的E-Fan 4.0?？湛凸倦妱?dòng)飛機(jī)研發(fā)歷程如下圖所示,。  2016年以來(lái)，空客公司聯(lián)合羅爾斯·羅伊斯和西門子公司,，共同研發(fā)E-Fan X混合動(dòng)力電動(dòng)技術(shù)驗(yàn)證機(jī),，預(yù)計(jì)將于2020年首飛。  在電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域除了空客公司以外,，已有部分國(guó)外生產(chǎn)商介入該領(lǐng)域,，如由波音公司和捷藍(lán)航空支持的Zunum 航空公司，自2013 年便開(kāi)始研究 10 座到 50 座的混合動(dòng)力電動(dòng)飛機(jī),， 2017 年 10 月開(kāi)始開(kāi)發(fā) 12 座的飛機(jī),，計(jì)劃在 2020 年飛行。 據(jù)估計(jì),，由于低廉的運(yùn)行成本,，未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多的航空公司介入到電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域，而作為電動(dòng)飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料的碳纖維勢(shì)必將發(fā)揮舉足輕重的作用,。 （歡迎分享,，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處） |
|
|
