複合材料在飛機上的優缺點

碳纖維材料。 Getty /史蒂夫艾倫

複合材料廣泛用於飛機製造業,並允許工程師克服單獨使用材料時遇到的障礙。 組成材料在復合材料中保留其身份,否則不會完全相互融合。 這些材料共同創造了一種改進了結構性能的“混合”材料。 飛機上常用的複合材料包括玻璃纖維,碳纖維和纖維增強的基體系統或任何這些系統的任何組合。

在所有這些材料中,玻璃纖維是最常見的複合材料,並且在20世紀50年代首先廣泛用於船隻和汽車中。

複合材料進入航空領域

據聯邦航空局稱,這種複合材料自第二次世界大戰以來一直存在。 多年來,這種獨特的材料混合物已變得越來越流行,今天可以在許多不同類型的飛機和滑翔機中找到。 飛機結構通常由50%至70%的複合材料組成。

波音在二十世紀五十年代首次在其客機中使用玻璃纖維。 當波音在2012年推出新型787夢想飛機時,它吹噓說飛機的複合材料是50%。 今天推出的新型飛機幾乎都在其設計中加入了某種複合材料。

雖然複合材料由於其眾多優勢而繼續在航空工業中頻繁使用,但有人說這些材料也對航空造成安全風險。

以下,我們平衡尺度並權衡這種材料的優缺點。

優點

減重是複合材料使用的最大優勢,也是在飛機結構中使用它的關鍵因素。 纖維增強矩陣系統比大多數飛機上的傳統鋁更堅固,它們提供了光滑的表面並提高了燃油效率,這是一個巨大的好處。

而且,複合材料不像其他類型的結構那樣容易腐蝕。 它們不會因金屬疲勞而破裂,並且在結構彎曲的環境中能夠很好地保持。 複合材料設計也比鋁更持久,這意味著更少的維護和維修成本。

缺點

因為複合材料不容易破裂,所以很難判斷內部結構是否已被損壞,當然,這是使用複合材料時最關心的一個缺點。 相反,由於鋁容易彎曲和凹陷,因此很容易檢測到結構損傷。 另外,當複合材料表面損壞時,修理可能會更加困難,最終會導致成本高昂。

此外,用於復合材料的樹脂在低至150度的溫度下會減弱,這對於這些飛機採取額外的預防措施以避免火災十分重要。 涉及復合材料的火災可能釋放有毒氣體和微粒進入空氣,造成健康風險。 300度以上的溫度會導致結構失效。

最後,複合材料的價格可能很高,但可以認為高昂的初始成本通常會被長期的成本節約所抵消。