飞机作为常用的交通工具,传统制造飞机的材料是钢材、铝合金和钛合金,随着碳纤维行业的发展,碳纤维复合材料将成为飞机制造的主要材料。
我们先来看看钢、钛合金、铝合金这三种材料。钢合金的强度非常大, -些对尺寸和强度要求都非常高的部件可以用它来制作,碳纤维FR-4加工件生产公司,缺点是重太大,密度超过7.8g/cm3 ,现在提倡的是轻量、轻型,这点不符合要求。铝合金的重量很轻,密度只有2.8g/cm3 ,能减轻不少重量,但是它的强度很低,耐高温能力也不行,所以无法在飞机上大量使用。至于钛合金。它的性能确实不错,但是价格实在太昂贵,加工也比较麻烦。
如果将碳纤维使用在飞机上,不仅仅是起到减轻重这-一个作用 ,它在结构力学、化学性能等方面都有一般材料无法具 备的优势。它的强度很高,量很轻,化学性能稳定,能承受高温和低温,材料的稳定性特别好,不会随着环境的变化而变化。
碳纤维性能优势
碳纤维材料质轻而高强,和金属材料相比,铝合金算是这一种常用的减重材料, 其密度约为2.7g/cm3 ,而碳纤维复合材料的密度仅有
1.7g/cm3 ,而强度比钢还要。同时,碳纤维具备纺织纤维的柔软性,能够采用一体成型工艺,减少零配件的使用,简化结构,减轻重量。
大多数金属材料的疲劳极限是其抗拉强度的30%- 50% ,而碳纤维复合材料的疲劳极限能够达到抗拉强度的70%-80% ,并且其抗拉强度要优于多数结构材料。和金属材料不同的是,碳纤维是-种非金属材料,电化学活性较低,耐腐蚀、防生锈,可以长时间使用。碳纤维的高强度可以抵抗飞行过程中受到的强度阻力,保证了安全性。同时碳纤维还具有吸能抗振、耐高温、抗老化、热膨胀系数小等一系列优点。
碳纤维及其复合材料广泛应用于航空航天等领域。其中,树脂基碳纤维复合材料可用于制造飞机、、火箭等*行器的部件
重量轻而且强度优良。新-代民用客机如波音787,碳纤维FR-4加工件价钱,其结构中复合材料的占比超过了50% ,机翼蒙皮等部位大
采用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料的使用不仅降低了飞机的重量,还增加了使用寿命。因此,在小型领域,碳纤
维复合材料也得到了广泛的应用。
一、为什么小型要采用碳纤维复合材料:小型重量轻(起飞重量一般不超过7kg) ,铜山碳纤维FR-4加工件,载荷较小,飞行高度低(不高于500m) ,速度慢(0- 300km/h) ,续航时间通常较短动力系统较弱等。但由于起降场地小,飞行作业环境复杂则又要求飞机具有一定抗毁伤能力。目前,主流的微小型*行器包括固定翼飞机和多旋翼飞机,以及小型旋翼直升机。传统的微小型通常采用轻木结构框架表面加以热缩蒙皮,或者是采用EPP等材质发泡成型;对多旋翼而言,机体通常采用铝合金型材,或者塑料。这些材料虽然重量轻,但是强度刚度不够,在外力的冲击下,轻而易举的就受到损伤,于是碳纤维增强树脂等材料便成为了更好的选择。
二、碳纤维复合材料在小型上的应用优势
碳纤维一般不单独作为材料使用 ,常被加工成织物、毡、席、带、纸等,碳纤维FR-4加工件来样定制,或者作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷等材料中,作为碳纤维增强复合材料。对于小型*行器,大面积应用碳纤维材料的部位在机翼机翼既要承受全机的载荷,气动升力和阻力,也要承受拉力,扭力,剪切力等。而小型*行器的重量要求十分苛刻,有限的电池容量、更多的任务载荷等的种种原因,每减轻1g重量,的飞行性能都可能会得到巨大的提升。所以减重便是碳纤维复合材料应用在的结构中的大优势。
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