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航空復合材料成大飛機最大軟肋
2010-12-29 來源:中國聚合物網
關鍵詞:復合材料 航空 飛機
    當前評價一架民用飛機先進性的關鍵性指標就是看航空復合材料在飛機制造上應用的比例,這是近40年來世界航空制造業發展的一個大趨勢。

    接受記者采訪的多位國內航空工業專家認為,我國落后的航空復合材料研制技術很可能成為自主品牌民用飛機市場競爭中最大的軟肋,會給我國航空工業造成巨大的風險。

    飛機研制迎來質的變化

    空中客車公司(Airbus S.A.S.)及波音公司(Boeing Co.)雙雙暗示,將在窄機身飛機上繼續擴大復合材料的應用。由于目前窄機身飛機占全球運輸機隊的70%,這將急劇加速復合材料的革命,對航空供應鏈產生巨大沖擊。

    縱觀世界航空制造業的發展歷史,近百年來飛機由雙翼機變成單翼機、機械式零部件被電子器件替代、螺旋槳飛機演變成噴氣式飛機,其快速的技術發展讓人瞠目。

    但在航空制造業發展前期,有一項技術始終維持不變,這就是飛機機體、發動機以及關鍵零部件均由全金屬材料制造。直到上世紀70年代,飛機研制迎來了一個質的變化,開始進入航空復合材料時代。

    產生這個巨變的首要原因是用航空復合材料替代金屬材料可使飛機減重10%-40%,結構成本降低15%-30%。顯然,減重和降低成本對于以高油價為特征的航空市場減少排放以及提高航空產品的市場競爭力都極其重要。

    復合材料首先出現在軍用飛機上,特別是要求高推重比以及隱身的戰斗機及攻擊機上。到2010年,空客的軍用運輸機A400M復合材料用的總量已占到飛機空重的35%,其標志是出現了全復合材料機翼。

    在民機方面,現已實現商業運營的空中客車A380飛機,其結構重量的1/4采用了復合材料,一架A380用到的結構復合材料已達到30噸之多。而即將進入市場的波音最新研制的波音787飛機,復合材料用量將占結構重量的50%,其標志是出現了全復合材料機身。

    受波音787飛機的刺激,目前空客公司正在研制的新機型A350XWB的復合材料用量也將增加到53%。空客公司及波音公司還雙雙暗示,將在窄機身飛機上繼續擴大復合材料的應用。

    這些飛機將在今后幾十年內最終取代廣泛使用的波音737和空中客車A320飛機。由于目前窄機身飛機占全球運輸機隊的70%,這將急劇加速復合材料的革命,對航空供應鏈產生巨大沖擊。

    另外,復合材料革命對飛機維修供應鏈也會有巨大的影響。高復合材料含量的飛機將驅動飛機維修程序發生重大變化。

    波音公司認為,由于采用主承力復合材料結構,波音787與空中客車A380相比,航線檢修減少了14次,C檢減少了兩次,4C檢減少了一次。

    此外,波音787的航線維修檢的目標間隔是每1000小時一次,比波音777高出了400小時。高復合材料的發動機也從更高的可靠性以及更寬松的檢驗獲益。

    由于使用高復合材料,11年內將只有三塊GE90發動機的復合材料風扇葉片更換,比現有的發動機維修經濟得多。

    隨著復合材料維修市場不斷擴大,航空公司今后將可以看到其單機的維修總支出不斷下降。

    今后飛機復合材料的應用必將會越來越廣泛。雖然金屬還不會立刻從飛機設計上消失,但在將來的飛機設計中,金屬將作為“例外”而非作為“常規”存在,在復合材料不充足時才會用金屬材料代替。

    這種飛機材料應用的轉變對飛機研制來說無疑是質的變化,業內人士認為,這標志著世界航空制造業從“青銅時代”轉入了“鐵器時代”,是世界航空制造業發展史上的一次跳躍性的技術革命。

    國外對我嚴密封鎖關鍵技術

    我國目前只掌握了性能較低的碳纖維航空復合材料制造工藝,其強度指標遠遠不夠,無法用于飛機主件的材料供給,且制造成本也遠高于西方國家。

    飛機復合材料的時代已然到來,然而我國由于技術力量薄弱,至今仍不具備高性能航空復合材料的研制能力,加上國外對我嚴密封鎖航空復合材料的關鍵技術,我國自主品牌民用飛機在航空復合材料方面存在著巨大的弱點,嚴重地影響了我國自主品牌民用飛機的競爭力。

    長期關注飛機材料研發的原航空部第一批研究員高工楊超凡告訴記者,目前,以美國、日本為代表的西方發達國家已掌握了T800、T1000等高性能碳纖維航空復合材料工藝,其中T800已廣泛用于波音787飛機。

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