B787飛機使用了大量的復合材料，未來飛機維修的結(jié)構(gòu)專業(yè)、復合材料專業(yè)、客艙專業(yè)、機電專業(yè)等專業(yè)的界限將會越來越模糊，飛機維修將會是一種復合專業(yè)人士的工作啦，下面是我們先認識該飛機的機身構(gòu)造。
CFRP是Carbon Fabric Reinforced Plastic的簡寫，一般稱為碳纖維增強型塑料。碳纖維是以聚丙烯腈纖維、粘膠纖維或瀝青纖維為原絲，通過加熱除去碳以外的其它一切元素制得的一種高強度、高模量的纖維，它具有很高的化學穩(wěn)定性和耐高溫性能，是高性能增強復合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。
CFRP機身的構(gòu)造過程
碳纖維絲使用前需要經(jīng)過Preimpregnated預浸漬處理，所謂預浸漬簡單說就是通過各種不同類型的工藝將細小的碳纖維絲聚合在一起，制成碳纖維預浸漬材料。而預浸漬材料再沿著纖維軸向方向進行編織即可制成碳纖維布或碳纖維帶，波音材料規(guī)范BMS8-276對此類經(jīng)過預浸漬處理的單向性碳纖維紡織物的材料性質(zhì)做出了明確的規(guī)定，其中包括材料號的對應(yīng)規(guī)則，阻燃性測試，開口張力測試等內(nèi)容。下圖為預浸漬碳纖維布的垂直紡織結(jié)構(gòu)示意。
通過預浸漬并紡織成型的碳纖維布又是怎樣應(yīng)用到機體結(jié)構(gòu)的呢？以B737NG飛機機身結(jié)構(gòu)為例，每段的機身結(jié)構(gòu)均由桁條和隔框架構(gòu)而成，再將蒙皮整體鉚接在結(jié)構(gòu)框架之上。而B787的機身結(jié)構(gòu)與之相仿，但使用的材料卻大有不同。B787先把復合材料長桁固定在成形模具上,并涂上膠,再由專用的復合材料纖維鋪放機鋪放出機身外形,然后送入熱壓罐固化成形。波音787 客機的所有機身段都是由復合材料長桁和復合材料蒙皮膠接裝配并固化成一個“零件”,隨后加工出登機門和窗戶的外形。
CFRP機身材料的優(yōu)點
大多數(shù)旅客在進入客艙后都會感到客艙內(nèi)的環(huán)境令人不適,特別是在飛行過程中,客艙內(nèi)干燥的空氣,加上含氧量偏低,容易讓人頭疼、頭暈,使人疲勞。這是由于當前的商用客機,客艙內(nèi)的氣壓相當于海拔8000inch(約2438 m)高度的大氣壓強。飛機客艙只能增壓到這種氣壓高度,主要是因為機身是由鋁合金壁板通過幾十萬到上百萬個鉚釘?shù)染o固件連接組裝而成,它在一定壓強差的作用下,金屬機身耐疲勞性能大幅降低。而大型客機一般要飛行6萬個起落,每個起落都是一次機身的疲勞過程。它會加速機身金屬結(jié)構(gòu)的老化,影響飛行安全。另一方面,由于金屬機身在一定濕度下易受腐蝕,所以客艙內(nèi)空氣濕度必須保持在極低水平,約4%左右。這就是人們乘坐飛機旅行不舒適的主要原因。
而采用CFRP整體成型構(gòu)造的機身本身就是一個“零件”,它替代了金屬機身段1500個左右的鋁合金板件和4萬到5萬個鉚釘?shù)染o固件。對一架整機來說,飛機的結(jié)構(gòu)件數(shù)量可減少一半,這樣不僅在很大程度上簡化了制造工藝,更重要的是,有一定濕度的客艙空氣不再會對飛機造成腐蝕，艙內(nèi)空氣濕度可提高10%-20 %。B787的艙內(nèi)濕度可保持在15 %左右。同時，客艙內(nèi)的空氣也可以增壓到相當于海拔6000inch (約1829 m)高度的大氣壓強,從而增加艙內(nèi)的氣壓和空氣的含氧量。由于艙內(nèi)的氣壓升高,客艙內(nèi)空氣可以多提供8%的氧氣供乘客呼吸。
最后，波音787機身由復合材料制成,碳纖維等復合材料單位體積的重量只有鋁合金的一半,鋼的1/5,這將大幅度地減輕飛機重量,與相近的熱銷機型相比要減重2500kg。在波音787飛機節(jié)省20%的燃油中,其中復合材料機身的貢獻率達3%。
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