波音787中复合材料的应用及性能特点

波音787中复合材料的应用及性能特点•2007年7月8日,世界航空界的目光聚集在波音公司,目睹美国飞机制造巨头的首架波音787梦想客机的下线揭幕仪式。（美式写法：07/08/07）•2009年12月15日，波音公司的革命性作品，被称为“梦想飞机”的波音787成功完成首飞。•波音公司在研制波音787客机的过程中,大胆地采用了两大高技术措施:全球数字化协同制造和机体主要结构大规模采用复合材料,在飞机结构中的应用情况大致可以分为三个阶段：•第一阶段是应用于受载不大的简单零部件，如各类口盖、舵面、整流罩、雷达罩、阻力板、起落架舱门等，据统计可减重20%左右。•第二阶段是应用于承力大的部件，如安定面、全动平尾、前机身段、机翼等，据估计可减重25%~30%。•第三阶段是应用于复杂受力部位，如机身段、中央翼盒等，据估计可减重30%。787飞机采用复合材料减重将达50%。•这种飞机和现今同等大小的飞机相比,能够节省燃油20%,在如今燃油价飞涨阶段,这一优点对航空业界有着不言而喻的意义,并且维修成本可节省30%,飞行的舒适性也有很大提高。•碳素层板是一种由多层碳素纤维经聚合物灌注而成的复合材料结构。在787上，碳素层板结构由碳丝组成的带子经树脂（类似黏胶）灌注而成。这些薄层再堆叠起来以获得所应用结构需要的厚度和形状，并通过持续数小时的高温高压工艺成型。•层合板亦称层压板(laminate)、叠层板或实心层压板(solidlaminate)、整体层压板(monolithiclaminate)。层合板可制成多种结构形式，并可采用多种工艺方法成形，可设计性强，因此在航空航天飞行器结构中应用十分普遍。层合板是层合结构的基本元素。层合结构系指经过适当的制造工艺，如共固化、二次胶接、机械连接等，主要由层合板形成的具有独立功能的较大的三维结构，•如翼面结构的梁、肋、壁板、盒段，机身侧壁以及飞行器部件等。•层合板设计是复合材料结构设计中最最关键的设计工作之一，也是复合材料结构设计特有的工作内容。层合板设计主要包括选取合适的铺层角，确定各铺层角铺层的百分比和铺层顺序三方面内容。•碳素夹心板是一种特殊级别的复合材料，通过将两层纤薄硬质蒙皮附着在蜂巢版的轻质厚核心层上制造而来。核心层材料通常为低强度材料，但其较大的厚度可以为夹心板复合材料提供高抗弯性，同时保持整体低密度。•蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成。一般面板采用强度和刚度比较高的材料，芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝芯、泡沫芯、波纹板芯等。夹层结构具有重量轻，弯曲刚度及强度大，抗失稳能力强，耐疲劳，吸音，隔热等优点，因此在飞行器结构上得到了广泛应用。对结构高度大的翼面结构，蒙皮壁板（尤其是上翼面壁板）采用蜂窝夹层结构取代加劲板，能明显减轻重量；对于结构高度小的翼面结构，如操纵面，采用全高度夹层结构代替梁肋式结构，能带来明显的减重效果。以复合材料层合板为面板的夹层结构，由于材料的相容性，目前普遍采用Nomex蜂窝芯子。•胶粘剂将面板和芯子胶接成整体，传递面板和芯子之间的载荷；芯子支持面板承垂直于面板的压缩应力，并能防止面板发展轴压引起的屈曲，此时芯子承受压缩和剪切载荷。•其他复合材料由多种材料组成，这些材料被组合起来时，具有某些优势性的结构属性。787上这类材料的例子包括玻璃纤维、玻璃/碳素合成物等。•碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。•由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料•碳纤维复合材料的优势：•1、高强度（是钢铁的5倍）•2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)•3、出色的抗热冲击性•4、低热膨胀系数(变形量小)•5、热容量小（节能）•6、比重小（钢的1/5）•7、优秀的抗腐蚀与辐射性能波音787也被称为“准日本产机”三大件中国制造•碳纤维属高新技术、高附加值产品，具有广泛的用途和良好的发展前景。碳纤维是一种可以形成庞大产业带的基础产品，并随其成本的降低而在金属、陶瓷、玻纤等材料的传统应用领域得到广泛应用。同时因其高科技含量，又可在一定时期形成相对垄断产品。•目前,国内外学者对于碳纤维复合材料的研究热点主要集中于复合材料的制备与工艺优化以及复合材料及结构•的损伤破坏和承载能力分析等领域。另一方面研究开发有特色的具有自主知识产权的低成本碳纤维生产技术以及成型费用低的复合材料制造新工艺。随着我国经济的持续快速发展，碳纤维的市场需求与日俱增，发展我国的碳纤维工业具有重大的现实意义和深远的历史意义。谢谢观赏