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C919大飞机年底将交付东航!玻纤&碳纤维齐上阵,助力C919腾飞

2022-11-11 来源:中国玻璃纤维 浏览数:1

据报道,中国首架国产大飞机C919预计将于今年12月交付东方航空公司。今年9月底,C919已取得型号合格证,标志着中国企业向打破波音和空客的垄断地位迈出了一步。

由于大规模采用先进材料,C919整体减重7%左右。对于国产客机的研制,关键之一就是要提高先进材料的应用水平,而复合材料用量是判断民用客机先进性的重要标志。

据悉,在 C919的“皮肤”上,第三代铝锂合金材料、先进复合材料的用量分别达8.8%和12%,而此前在ARJ客机上的应用量仅有1%。ARJ的新材料,用于非承力结构,而C919使用在机身后段以及平尾等承力部位。对标波音737和空客A320两种型号的“竞争对手”,C919上先进复合材料的使用量也更多。

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因此,C919被认为“在我国材料领域具有里程碑式的意义”。

一、第三代铝锂合金

铝锂合金具有密度低、强度高且损伤容限性优良等特点,用它替代常规铝合金材料,能够使飞机构件的密度降低3%,重量减少10%〜15%,刚度提高 15%〜20%,因此被认为是新一代飞机较为理想的结构材料。

C919大型客机采用的是第三代铝锂合金,该材料解决了第二代铝锂合金的各向异性问题,材料的屈服强度也提高了40%。C919飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、座 椅滑轨、边界梁、客舱地板支撑立柱等部件都使用了第三代铝锂合金,其机体结构重量占比达到7.4%,获得综合减重7%的收益,在国际上属于领先水平。

二、T800级碳纤维复合材料

C919大型客机是国内首个使用T800级高强碳纤维复合材料的民机型号。相比T300级材料,T800级材料强度、模量更高,韧性更强,具备更好的抗冲击性,C919上受力较大的部件,如后机身和平垂尾等都使用了T800级碳纤维复合材料。

T300属于第一代民机复合材料,其树脂基体为未增韧的脆性环氧树脂基体,增强纤维为T300碳纤维,其拉伸强度约为3.5GPa,拉伸模量约为230GPa。T300呈现脆性材料性能特征,对冲击载荷引起的分层损伤比较敏感,因此只能用于受力不大的次承力结构。

C919上使用的T800材料采用增韧环氧树脂基体,增强纤维为T800碳纤维,拉伸强度和拉伸模量较T300提高50%左右,也是目前国际上民机主承力结构应用最为广泛的复合材料。

三、玻璃纤维复合材料

相比碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料的力学性能稍低,但由于碳纤维介电常数较高,会影响雷达工作,C919大型客机的雷达罩使用了玻璃纤维复合材料。

另外一些受力较小的部件,如襟翼也使用了玻璃纤维复合材料。因为玻璃纤维复合材料成本比碳纤维复合材料低,在受力较小的部件上应用,既可以达到设计要求,又可以降低制造成本。

四、芳纶蜂窝材料

C919大型客机舱门和客货舱地板使用了芳纶蜂窝材料,这是一种采用酚醛树脂浸渍的芳纶纸制成的轻质高强非金属仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢设计,具有稳定、轻质的结构和很高的比强度,与泡沫芯材相比,它具有更高的剪切强度,与金属蜂窝相比,它更加耐腐蚀。

同时,芳纶蜂窝材料还具有高韧性、良好的抗疲劳性能和防火性能,是一种比较理想的民机复合材料。

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五、碳纤维复材及陶瓷基复材


航空发动机作为“航空之花”,可以说是航空技术和工业积累的完整体验。C919的发动机为LEAP-X1C发动机。它采用了18片赛峰公司研制的碳纤维复合材料风扇叶片以及美国通用电气公司研制的陶瓷基复合材料涡轮部件。


六、芳砜纶纤维

芳砜纶简称PSA纤维,由聚砜酰胺组成。其主要特点是优良的电绝缘性和耐热性,此外,阻燃性高,极限氧指数超过30%,耐化学稳定性好,除了几种极性很强的溶剂和浓硫酸之外,在常温下对化学品均具有良好的稳定性。芳砜纶不仅可以制作多种耐高温滤材和高温高压电器中的绝缘材料,而且还可加工成运输工具中的高级阻燃织物等。

据悉,C919机舱内部将首次启用芳砜纶纤维制作椅罩、门帘,将使得飞机减重30公斤以上,每架飞机能够节省超万元成本。

七、橡胶化合物

其实飞机轮胎所使用的材料与汽车轮胎基本相同,主要区别则来自飞机轮胎采用了更高强度的橡胶化合物,以至于飞机轮胎能被充气到200磅/平方英寸的气压,这相当于汽车轮胎气压的6倍,C919使用的就是来自米其林的Air X子午线轮胎。

此外,国产大飞机C919在雷达罩、机翼前后缘、活动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等主承力和次承力结构上使用了复合材料,占全机结构总重的比例达11.5%。

这是中国民用航空制造领域第一次在主承力结构、高温区、增压区使用复合材料,并且实现了T800级高强碳纤维增韧复合材料的应用,可以说为复合材料在民机制造领域的应用积累了宝贵的工程实践经验。


 

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