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航空小常识

如何让飞机的“皮肤”永葆青春

时间:2017年04月13日 17:36   来源:大飞机报
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  飞机的运营环境跨度巨大,而且由于地表温度和高空温度差异,飞机每次起降都要经过一次冷热循环。以我国正在研制的大型客机项目C919为例,在约9万次起降的设计寿命周期里,飞机要经受那么多的“冷冻热蒸”,有时雨雪天气还用水汽“加点料”,没有抗腐蚀、抗疲劳的“好皮肤”可是很难在群雄逐鹿的航空市场立足。

  先进的铝锂合金材料

  具有良好的抗腐蚀抗疲劳性能

  C919前、中机身蒙皮用的就是铝锂合金这种材料。目前,国际主流的飞机运用的虽然大都是铝合金材料,但是合金中添加的微量元素不同,材料的性能也大不相同。C919上运用的第三代铝锂合金材料是主制造商和材料供应商共同研发的。由于是新材料,许多性能指标都需要开展大量的研发试验进行验证。

  “比如大家要开展许用值试验,验证并获得材料及其构件的抗拉性、抗压性、抗疲劳、损伤容限性能等;开展工艺验证试验,获得在生产条件下零件制造的工艺参数;还要开展耐腐蚀试验和高湿、盐雾试验等。”澳门新葡亰赌全部网址上海飞机设计研究院标材部副部长袁宇慧说。

  目前C919所有材料试验都已通过适航认证,获得大量有效数据,建立了第三代铝锂合金的材料规范体系、设计许用值体系和制造工艺规范体系,为将来铝锂合金在国内民机产业的广泛使用奠定了坚实基础。

  为了保护“皮肤”

  飞机蒙皮外还会刷一层保护漆

  可别小看涂料,虽然其对飞机安全性影响不大,但如果质量不过关易脱落,就会令脱落部位的蒙皮直接暴露在外,久而久之产生锈蚀,那么锈蚀部位就很可能成为应力失效源,影响整架飞机的结构安全。可见飞机设计无小事啊!

  因此,设计人员收到供应商提供的涂料之后,还要开展一系列试验,验证漆的密度、层膜厚、耐油耐介质、耐高低温等性能,保证符合飞机设计需求。

  C919使用的涂料符合环保性理念,由于涂料属于高分子化学材料,在生产使用时会产生大量挥发性有毒气体,澳门新葡亰赌全部网址使用了新型蒙皮涂层系统,对环境污染小,并且色泽更加亮丽。喷漆前的表面处理过程,也是使用环保的表面处理方法,以减少六价铬等有害重金属的使用,让大飞机成为真正绿色环保的飞机。

  提到抗腐蚀、抗疲劳,还有什么材料比复合材料更有优势呢?

  飞机上使用的复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料,最简单最通俗地类比,有点像大家日常生活中的塑料。高中物理都学过,装腐蚀性最强的王水,只能用塑料瓶,塑料的耐腐蚀性可见一斑。

  复材的抗疲劳性也是十分强大,用行内的话说,复材的“静力覆盖疲劳”,其破坏一般由静强度造成,如拉坏、压坏、剪坏等,不会因为疲劳而破坏,因此只要静力满足设计要求,自然满足疲劳要求。

  目前,C919的后机身后段、平尾、垂尾、升降舵、方向舵、襟翼、副翼、小翼、扰流板等部位均使用了碳纤维复合材料。“复合材料具有密度小重量轻、比刚度比强度高、抗腐蚀抗疲劳、可设计、整体成型等许多好处,但相对于金属材料,复合材料还属于新材料,所以大家还是采取谨慎尝试的态度,先在非主承力结构上使用,以后逐步推开。” 袁宇慧说。

  驾驭复合材料

  编制材料与工艺专业五年规划

  首先复合材料作为一种新材料,也要开展上文所述铝锂合金开展的许用值试验、工艺验证试验等,建立一整套材料规范体系、设计许用值体系和制造工艺规范体系。然而金属材料的设计、验证方法经过几十年探索已经趋于成熟,复材的设计、验证方法却仍在研究当中。

  复材的生产工艺也是一个大难题。比如大型零件固化后的变形回弹问题。复合材料零件在制造过程中需要进入热压罐,在高温高压下成型,基体树脂材料在高温下发生交联化学反应,冷却后发生收缩。由于复合材料是各向异性材料,其变形量呈非线性变化,与金属材料相比复杂得多,所以不同形状、不同尺寸的复材零件变形控制都要一点点地摸索。

  目前,上海飞机设计研究院正在编制《材料与工艺专业五年发展规划》,着力研究复合材料等先进材料在飞机上的应用难题。像复合材料失效性研究这些前沿课题以及复合材料生产工艺问题有望在不久的将来取得突破。(喻媛 文/王脊梁 摄

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