波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?
我认为碳纤维材料也是几十年前在747上小规模应用了,累计了足够的经验,才在787上大量使用的,所以我觉得应该没问题的。波音787“梦幻”飞机——碳纤维/ 环氧树脂复合材料革命的代表,其复合材料用量达到了50%。
在波音787 上大面积使用碳纤维/ 环氧树脂复合材料,减轻了飞机重量并使创新理念得以实现。
波音工程师们只是认为碳纤维/ 环氧树脂复合材料结构能大大降低飞机重量,从而节省燃料、扩大飞行范围。复合材料的两个缺陷:首先它一层与一层之间的结合力非常薄弱,而一旦出现分层的情况,就会对其整体性能造成严重的破坏。其次用以粘结碳纤维、形成复合材料整体的树脂基体的韧性都很差。比如被维修人员失手掉下的扳手给砸了——这就足以导致它形成内部的层间缺陷,然而从外表却很可能根本看不出痕迹。
当一个复合材料部件的冲击损伤在表面已经可以勉强目视发现时,它内部已经出现大范围的基体开裂和分层,强度可以骤降到无损状态的40%。事实上飞机复合材料部件最多的损伤就是在维护过程中各种碰撞、拆卸而产生的。总结 787整体来说还是不错的,虽然还是存在一些问题,但科技技术性难题是需要投入时间和金钱的。
毕竟,没有哪一款飞机可以做到完美无瑕疵。
碳纤维材料加工复合材料在航空航天领域中有哪些应用
军用:国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,民用:部件包括:减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框――复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后,A380又一次对连接机翼与机身主体结构**翼盒新的禁区发起了成功挑战。
无人机为什么要用碳纤维材料、碳纤维复合材料?
续航时间长:碳纤维具有重量超轻的特点,其制成的碳纤维无人机架重量非常轻,和其他材质无人机相比,续航时间更长;坚固性强:碳纤维的抗压强度在3500MP以上,且具有高强度的特点,制成的碳纤维无人机具有抗摔性强,抗压能力极强;易组装,易拆卸:碳纤维多旋翼无人机架结构简单,采用铝柱和螺栓连接而成,使得在进行元器件安装过程中,编排极其方便;可以随时随地进行组装,易于携带;使用非常方便;而且采用航空铝柱和螺栓,牢固性强。稳定性佳:碳纤维制成的多旋翼碳纤维无人机架的云台具有减震增稳的效果,通过云台抵消机身晃动或者震动的影响。
好的减震球与云台板的结合,有效的增加稳定性和减少减震性,在空中平稳的飞行;安全性:碳纤维多旋翼无人机架由于动力分散到多个机臂,可以保证较高的安全系数;在飞行中可以做到力的平衡,易于操 控,自动悬停,使其按照所想要的路径飞行,避免突然下降造成伤害。
碳纤维复合材料的用途
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。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。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的,现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻,促使科技工作者不断努力提高。80年代初期,高性能及超高性能的碳纤维相继出现,这在技术上是又一次飞跃,同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。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。
因为航天飞行器的重量每减少1公斤,就可使运载火箭减轻500公斤。所以,在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机,它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4,占机翼重量的1/3。
据报道,美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等,都是用先进的碳纤维复合材料制成的。现在的F1(世界一级方程锦标赛)赛车,车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维,用以提高气动性和结构强度碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。
传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外,一般不单独使用,多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
碳纤维复合材料有哪些重点应用领域
复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。
尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现,使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。
美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到,只有复合材料能够将强度、模量和耐高温的指标在现有基础上同时提高25%以上。正是如此,复合材料正成为航空以及国防装备的关键材料。一、航空航天领域纤维增强复合材料在飞机上的应用最早可以追溯到30年前,美国海军F-14和空军F-15战斗机尾翼部分采用硼纤维环氧树脂材料。在这之后,人们发现了碳纤维复合材料的优异性能,开始逐渐应用在军队及运输机上。
碳纤维复合材料首次被应用在飞机上,主要是一些二级结构,包括整流罩、控制仪表盘和小的机舱门。但随着工艺技术的进步,碳纤维复合材料也逐渐被用于机翼、机身等其它部分。航天工业之所以选择使用碳纤维复合材料,不仅是因为这种材料能够减轻机身重量,同时其具备耐腐蚀、抗疲劳等优良特性。
但是与传统金属材料相比,碳纤维复合材料由于成本过高仍然未被广泛应用。二、汽车工业碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势顺应了汽车工业轻量化的发展需求,特别是随着新能源汽车的发展,碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。鉴于碳纤维复合材料具备的优异性能,目前已经逐渐开始被应用到国外汽车内外饰、底盘以及电器元件当中。
未来,碳纤维复合材料以及热塑性复合材料等在汽车工业上的应用将替代传统的金属零部件。三、海洋船舶上世纪40年代,美国海军首次将碳纤维复合材料用于船舶建造。得益于它在海水环境中表现出的优异性能,在海洋船舶中的应用非常广泛。
复合材料优异舒适性的设计理念和无缝船体的优势进一步推动了各种复合材料船舶的开发。近年来,碳纤维复合材料在船只上的使用不断增加,主要包括船壳、地板、甲板、舱壁,以及管道系统、油箱等上层建筑。碳纤维复合材料的应用不仅降低了制造和维修成本,改善外观,还可以减轻吨位,提高安全性。四、风力发电在风力发电领域,复合材料是制造风力发电叶片及其它重要结构部件的主要材料,叶片90%以上重量由复合材料组成,能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求。
随着大丝束碳纤维的广泛应用,碳纤维价格的不断降低,碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种趋势。未来风力发电叶片制造中,碳纤维代替部分玻璃纤维应用于叶片、且用量逐步增加是高性能碳纤维复合材料发展的必然结果。体育用品目前,碳纤维增强复合材料在体育器材领域已形成了较大的市场。随着体育运动对运动器材越来越苛刻的要求,将碳纤维增强复合材料运用到体育用品中来是21世纪体育器材的一大趋势。
自行车20世纪80年代中期,意大利、法国、英国和美国相继开发成功了用碳纤维管和铝合金接头粘接成车架的碳纤维自行车。其车架重量较铬钼钢车架轻,强度、刚度却比铬钼钢车架高,因此一经研制成功,便被用作专门的比赛用车。曾获得男子自行车公路赛冠军的德国著名车手乌尔里希的“坐骑”就是用碳纤维增强复合材料作的支架,质量仅7.5 kg。目前一般使用树脂传递模塑工艺(RTM)来批量生产自行车。
高尔夫球杆1972年美国Shakespear公司用长丝缠绕法制成高尔夫球杆,同年,美国的G.Brewer采用CFRP(碳纤维增强复合材料)制成球杆,此后,为了适应球的飞行距离和方向稳定性要求,在重量、尺寸和负荷等方面加以改善。现在高档的高尔夫球杆,采用碳纤维复合材料,密度小,强度高,弹性高,耐冲击,使高尔夫球杆变得可多次重复使用,而且也使运动员可充分发挥挥杆打球的力量和技术。钓鱼竿碳纤维增强复合材料制成的钓鱼竿比GFRP制品或竹竿都要轻得多,使其在撒竿时消耗能量少,而且撤竿距比后者远20%左右。
CFRP所制的钓鱼竿长而好,刚性大,钓鱼竿在弯曲之后能迅速复原,使其传递诱饵的感觉较为灵敏。现在已有商品销售,用碳纤维增强塑料还可以制成渔具的卷铀,其重量不超过140克,但它的疲劳强度高,耐摩擦,因而使用寿命长。网球拍目前世界上高、中档网球拍大多是用碳纤维复合材料制成的。
最早把碳纤维应用于网球拍的是1974年美国Chemold等公司。碳纤维复合材料可制大型网球拍,减震吸能性能好,设计自由。与其他材料相比,碳纤维应用于网球拍有以下优势:①可制造大型网球拍:与过去木制的相比,在同样重量下,球拍面积可增加1.5倍左右,网线的张力比普通拍提高2O%~45%。②减震阻尼性能好:碳纤维复合材料的减震阻尼性能出类拔萃,它不易起振,起振后也易停振。
③设计自由度大。羽毛球拍碳纤维增强复合材料刚成的羽毛球拍其特点是重量轻、刚性大、避免了木制品因其刚性不足而造成的断把现象,同时它还具有与上述网球拍一样的优点。滑雪板用碳纤维增强复合材料制造的滑雪板,其特点是刚性大,耐摩擦,在转弯、斜坡和越野赛中脚底用力较小。
用CFRF制造的滑雪杖在运动界也享有盛名。其特点是刚性大、重量轻,一般在150克左右。
复合材料在航空、航天领域中有重要的应用,请举例说明。
自从先进复合材料投入应用以来,有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机——里尔芳2100号,并试飞成功,这架飞机仅重567kg,它以结构小巧重量轻而称奇于世。
第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机,这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门,用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器,用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁,用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬,发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成,被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。
第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构,这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件,不仅使飞机结构重量减轻,还提高了飞机的各种飞行性能。 复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度等许多优点在日常生活和航空、航天等诸多领域中得到了广泛的应用,这样的事实非常多,以下答案仅供参考。