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B787飞机使用了大量的复合材料，未来飞机维修的结构专业、复合材料专业、客舱专业、机电专业等专业的界限将会越来越模糊，飞机维修将会是一种复合专业人士的工作啦，下面是我们先认识该飞机的机身构造。 CFRP是Carbon Fabric Reinforced Plastic的简写，一般称为碳纤维增强型塑料。碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为原丝，通过加热除去碳以外的其它一切元素制得的一种高强度、高模量的纤维，它具有很高的化学稳定性和耐高温性能，是高性能增强复合材料中的优良结构材料。 CFRP机身的构造过程 碳纤维丝使用前需要经过Preimpregnated预浸渍处理，所谓预浸渍简单说就是通过各种不同类型的工艺将细小的碳纤维丝聚合在一起，制成碳纤维预浸渍材料。而预浸渍材料再沿着纤维轴向方向进行编织即可制成碳纤维布或碳纤维带，波音材料规范BMS8-276对此类经过预浸渍处理的单向性碳纤维纺织物的材料性质做出了明确的规定，其中包括材料号的对应规则，阻燃性测试，开口张力测试等内容。下图为预浸渍碳纤维布的垂直纺织结构示意。 通过预浸渍并纺织成型的碳纤维布又是怎样应用到机体结构的呢？以B737NG飞机机身结构为例，每段的机身结构均由桁条和隔框架构而成，再将蒙皮整体铆接在结构框架之上。而B787的机身结构与之相仿，但使用的材料却大有不同。B787先把复合材料长桁固定在成形模具上,并涂上胶,再由专用的复合材料纤维铺放机铺放出机身外形,然后送入热压罐固化成形。波音787 客机的所有机身段都是由复合材料长桁和复合材料蒙皮胶接装配并固化成一个“零件”,随后加工出登机门和窗户的外形。 CFRP机身材料的优点 大多数旅客在进入客舱后都会感到客舱内的环境令人不适,特别是在飞行过程中,客舱内干燥的空气,加上含氧量偏低,容易让人头疼、头晕,使人疲劳。这是由于当前的商用客机,客舱内的气压相当于海拔8000inch(约2438 m)高度的大气压强。飞机客舱只能增压到这种气压高度,主要是因为机身是由铝合金壁板通过几十万到上百万个铆钉等紧固件连接组装而成,它在一定压强差的作用下,金属机身耐疲劳性能大幅降低。而大型客机一般要飞行6万个起落,每个起落都是一次机身的疲劳过程。它会加速机身金属结构的老化,影响飞行安全。另一方面,由于金属机身在一定湿度下易受腐蚀,所以客舱内空气湿度必须保持在极低水平,约4%左右。这就是人们乘坐飞机旅行不舒适的主要原因。 而采用CFRP整体成型构造的机身本身就是一个“零件”,它替代了金属机身段1500个左右的铝合金板件和4万到5万个铆钉等紧固件。对一架整机来说,飞机的结构件数量可减少一半,这样不仅在很大程度上简化了制造工艺,更重要的是,有一定湿度的客舱空气不再会对飞机造成腐蚀，舱内空气湿度可提高10%-20 %。B787的舱内湿度可保持在15 %左右。同时，客舱内的空气也可以增压到相当于海拔6000inch (约1829 m)高度的大气压强,从而增加舱内的气压和空气的含氧量。由于舱内的气压升高,客舱内空气可以多提供8%的氧气供乘客呼吸。 最后，波音787机身由复合材料制成,碳纤维等复合材料单位体积的重量只有铝合金的一半,钢的1/5,这将大幅度地减轻飞机重量,与相近的热销机型相比要减重2500kg。在波音787飞机节省20%的燃油中,其中复合材料机身的贡献率达3%。 |
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