復(fù)合材料用于民用飛機獲得減重及節(jié)省燃油已有幾十年，但飛機制造商僅在最近才開始將其用于主承力結(jié)構(gòu)。波音787是首架在主承力構(gòu)件，特別是在機翼及機身上大量采用復(fù)合材料的民用運輸機。盡管最近美國政府問責(zé)署的報告高度關(guān)注其可維修性，但已對這種材料在其服役期內(nèi)的性能開展了大量研究。
更重要的是，盡管復(fù)合材料用于民用運輸機主承力結(jié)構(gòu)是相當(dāng)新的，但這種實踐活動在軍用運輸機上有很長歷史。二者的顯著不同在于軍用飛機及早期民用飛機上的應(yīng)用比例遠低于當(dāng)今的民用飛機。
Cytec公司工程材料部副總裁Chris Pederson對設(shè)計新聞記者談到：“復(fù)合材料用于民用飛機機翼和機身這些主承力結(jié)構(gòu)，可滿足更高的要求。”他說：“這些結(jié)構(gòu)的高生產(chǎn)率及關(guān)鍵性對質(zhì)量提出了很高要求。還需要對材料與結(jié)構(gòu)的加工工藝進行持續(xù)改進以降低成本并滿足生產(chǎn)率要求�！�
Pederson談到，Cytec公司工程材料部供應(yīng)了787的大量材料。該公司的碳纖維預(yù)浸料、熔滲樹脂、膠粘劑以及表面材料用于787的機翼及機身主承力結(jié)構(gòu)，它還為飛機翼肋、襟翼、發(fā)動機整流罩以及內(nèi)飾提供預(yù)浸料、膠粘劑以及表面材料。Cytec公司的環(huán)氧、酚醛、雙馬以及熱塑性技術(shù)已在該飛機上全面應(yīng)用。
Pederson在與法蘭克福召開的AIRTEC2011會議一起召開的機翼供應(yīng)會上發(fā)表的主題演講上說，大多數(shù)零件由手工制成，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，很少采用自動化制造。
“當(dāng)時，復(fù)合材料用于次承力構(gòu)件，如襟翼、升降舵、方向舵以及發(fā)動機整流罩。這些結(jié)構(gòu)不是飛行關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合材料主要是由芳綸、標(biāo)準(zhǔn)模量的碳或玻璃纖維增強的未增韌環(huán)氧夾層結(jié)構(gòu)。早期的樹脂不能提供足夠的損傷容限以將其用于民用飛機的主承力構(gòu)件，如機翼及機身�！�
后來，工業(yè)界集中開發(fā)更高性能的材料及更加自動化的制造工藝。在民用飛機主承力構(gòu)件上，初期應(yīng)用是1980年代中期將其用于A310、A330垂尾及A320平尾。1990年代中期將其用于波音777尾翼及地板梁。為將復(fù)合材料用于抗疲勞、抗腐蝕、輕量化機翼和機身等主承力結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
Pederson說：“目前，我們的工作重點放在復(fù)合材料的工業(yè)化及其應(yīng)用上，更多地采用自動化制造工藝，并為材料開發(fā)出更多功能。”
“例如，復(fù)合材料的主要效益是更高的力學(xué)性能及減重。由于這些材料有可剪裁性，從而使其具有實現(xiàn)其他功能的可能性，如防雷擊�！边@種多功能材料對于消除冗余材料、減重及降低成本具有潛力。
下一代航空航天復(fù)合材料是什么？Pederson說，目前著力開發(fā)材料及制造技術(shù)，包括碳纖維、先進織物、新的制造工藝、納米技術(shù)、自愈合材料以及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控。(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 陳亞莉)