复合材料广泛用于飞机制造业,并允许工程师克服单独使用材料时遇到的障碍。 组成材料在复合材料中保留其身份,否则不会完全相互融合。 这些材料共同创造了一种改进了结构性能的“混合”材料。 飞机上常用的复合材料包括玻璃纤维,碳纤维和纤维增强的基体系统或任何这些系统的任何组合。
在所有这些材料中,玻璃纤维是最常见的复合材料,并且在20世纪50年代首先广泛用于船只和汽车中。
复合材料进入航空领域
据联邦航空局称,这种复合材料自第二次世界大战以来一直存在。 多年来,这种独特的材料混合物已变得越来越流行,今天可以在许多不同类型的飞机和滑翔机中找到。 飞机结构通常由50%至70%的复合材料组成。
波音在二十世纪五十年代首次在其客机中使用玻璃纤维。 当波音在2012年推出新型787梦想飞机时,它吹嘘说飞机的复合材料是50%。 今天推出的新型飞机几乎都在其设计中加入了某种复合材料。
虽然复合材料由于其众多优势而继续在航空工业中频繁使用,但有人说这些材料也对航空造成安全风险。
以下,我们平衡尺度并权衡这种材料的优缺点。
优点
减重是复合材料使用的最大优势,也是在飞机结构中使用它的关键因素。 纤维增强矩阵系统比大多数飞机上的传统铝更坚固,它们提供了光滑的表面并提高了燃油效率,这是一个巨大的好处。
而且,复合材料不像其他类型的结构那样容易腐蚀。 它们不会因金属疲劳而破裂,并且在结构弯曲的环境中能够很好地保持。 复合材料设计也比铝更持久,这意味着更少的维护和维修成本。
缺点
因为复合材料不容易破裂,所以很难判断内部结构是否已被损坏,当然,这是使用复合材料时最关心的一个缺点。 相反,由于铝容易弯曲和凹陷,因此很容易检测到结构损伤。 另外,当复合材料表面损坏时,修理可能会更加困难,最终会导致成本高昂。
此外,用于复合材料的树脂在低至150度的温度下会减弱,这对于这些飞机采取额外的预防措施以避免火灾十分重要。 涉及复合材料的火灾可能释放有毒气体和微粒进入空气,造成健康风险。 300度以上的温度会导致结构失效。
最后,复合材料的价格可能很高,但可以认为高昂的初始成本通常会被长期的成本节约所抵消。