空中的复合材料之王——空客A350 XWB复合材料机身浅析 世界快消息
2023-06-17 19:45:36 来源: 马氏体

空客A350 XWB是空客公司最新型的双发远程宽体大飞机。XWB是“eXtra Wide Body”的缩写,代表了它直径5.96米、经济舱一排9个座位的宽大机身,载客量达300-400人,航程达到15000公里以上。它与波音787都是新一代远程宽体客机的代表,以优越的燃油经济性著称。


(资料图片仅供参考)

东方航空的空客A350-900,驾驶舱风挡是帅气的“墨镜”造型,弧形玻璃与机头曲线融为一体;翼梢是弯刀型的小翼,起到降低阻力、增加升力的作用。

A350使用英国罗尔斯·罗伊斯(Rolls-Royce)公司的Trent XWB发动机,这是一种三转子涡轮风扇发动机,其低压涡轮叶片采用了中科院沈阳金属所研发的钛铝合金材料。每台发动机可为A350提供40吨左右的澎湃推力,同时还非常省油。

提升飞机经济性的另一个重要手段是采用复合材料进行减重。A350是当今世界上复合材料占比最高的大飞机,碳纤维复合材料占机体结构重量的53%,力压波音787的50%。

这个切分展示的段落属于机身前段,由4块壁板拼接成一个大圆筒(完整长度13米),其中最大的是右侧板件,面积达93㎡。机身中、后段分别长20米和15米,也分别由6片和4片板件拼接而成。

壁板维持飞机的外形,由蒙皮和起加强作用的长桁组成,固定于机身的主要承力结构——机身框。

蒙皮(左图)由碳纤维预浸料(浸渍了树脂的碳纤维束或织物)层层铺放,热压固化而成,横截面上可见层状结构。桁条(右图)由碳纤维织物预浸料制成,表面可见织物纹理。桁条单独成型以后,再放置到铺放好的蒙皮预浸料上,固化为一体。

空客A350所用的碳纤维和环氧树脂预浸料来自美国最大的碳纤维生产商——赫氏(Hexcel)公司。

连接机身框与壁板的角片,使用日本帝人公司的碳纤维增强热塑性树脂层压板。帝人(东邦)和东丽、三菱人造丝并称为日本三大碳纤维生产商。

热塑性树脂的成分为聚醚醚酮(PEEK),是一种每个结构单元含有两个醚键和一个酮羰基的特种工程塑料。与环氧树脂等热固性树脂相比,热塑性树脂复合材料具有韧性好、易成型、可回收等优势。

波音787的机身筒段采用整体缠绕成型工艺,即在筒型芯模上缠绕碳纤维预浸料,直接做出整体式的圆筒型机身,减少了壁板连接部分的重量,是对航空制造技术的颠覆性创新,但是对复合材料成型工艺和装备提出了更高的要求。

相比之下,空客A350的筒段仍是由多块壁板拼接而成的,只不过把传统的铝合金壁板换成了复合材料,在工艺上较为保守,但降低了复合材料的技术难度和风险。

我国与俄罗斯联合研制的CR929远程宽体客机的复合材料占比达51%,且复合材料机身由我国负责,将是对我国复合材料产业的检验与提升。

2018年,复合材料前机身攻关全尺寸筒段顺利总装下线,长约15米,直径约6米,由4块壁板拼接而成,最大的一块壁板弧长约6米,与空客A350相当,标志着我国突破了机身大尺寸主承力复合材料零部件设计制造技术。

祝愿我们自己的复合材料大飞机早日一飞冲天!

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