【簡介:】本篇文章給大家談?wù)劇讹w機(jī)輕量化材料》對應(yīng)的知識點(diǎn),希望對各位有所幫助。本文目錄一覽:
1、為什么說在階段目前復(fù)合材料對于戰(zhàn)斗機(jī)減重意義不大?
2、C919有那些技術(shù)亮點(diǎn)?
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本篇文章給大家談?wù)劇讹w機(jī)輕量化材料》對應(yīng)的知識點(diǎn),希望對各位有所幫助。
本文目錄一覽:
- 1、為什么說在階段目前復(fù)合材料對于戰(zhàn)斗機(jī)減重意義不大?
- 2、C919有那些技術(shù)亮點(diǎn)?
- 3、怎么給給航天飛機(jī)“減肥”?
- 4、波音747大飛機(jī)
- 5、為什么戰(zhàn)斗機(jī)使用了鈦合金和復(fù)合材料后,能大大減輕機(jī)體重力?
- 6、無人機(jī)的機(jī)身材料是什么?
為什么說在階段目前復(fù)合材料對于戰(zhàn)斗機(jī)減重意義不大?
因?yàn)楝F(xiàn)在的復(fù)合材料也沒有特別好的,對于戰(zhàn)斗機(jī)減重并沒有太過于明顯的作用,所以說現(xiàn)今階段復(fù)合材料對于戰(zhàn)斗機(jī)減重意義不大。
C919有那些技術(shù)亮點(diǎn)?
從2007年國家對大飛機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)到2008年C919名稱發(fā)布,從設(shè)計(jì)圖紙到2015年底的總裝下線,這架飛機(jī)從無到有,承載了億萬國人對中國航空事業(yè)的期待。
為保證國產(chǎn)大飛機(jī)C919獲得國際市場的認(rèn)可,該項(xiàng)目采用了大量的新技術(shù),以保證C919飛機(jī)的綜合性能處于國際領(lǐng)先水平,在同波音737 MAX和空客A320neo競爭時(shí),不至于處于下風(fēng)。
首次自主設(shè)計(jì)超臨界機(jī)翼達(dá)到世界先進(jìn)水平:C919的機(jī)翼設(shè)計(jì)采用了超臨界機(jī)翼。與傳統(tǒng)機(jī)翼相比,超臨界機(jī)翼可使飛機(jī)的巡航氣動效率提高20%以上,進(jìn)而使其巡航速度提高將近100多千米/小時(shí)。如果用同一厚度的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)翼和超臨界機(jī)翼,超臨界機(jī)翼的整體阻力比傳統(tǒng)機(jī)翼要小8%左右。采用超臨界機(jī)翼還可以減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量,增大結(jié)構(gòu)空間及燃油容積。
先進(jìn)材料首次在國產(chǎn)民機(jī)大規(guī)模應(yīng)用:C919采用鋁鋰合金、復(fù)合材料等先進(jìn)材料實(shí)現(xiàn)飛機(jī)減重、增加使用壽命的目標(biāo)。C919的第三代鋁鋰合金材料用量達(dá)到8.8%,先進(jìn)復(fù)合材料用量達(dá)到12%。
C919裝配先進(jìn)的機(jī)載系統(tǒng)和發(fā)動機(jī):C919采用了先進(jìn)的機(jī)載系統(tǒng)和發(fā)動機(jī),比如高度模塊化和綜合化的航電系統(tǒng)、帶包線保護(hù)功能的全數(shù)字電傳飛控系統(tǒng)等,全新的LEAP-1C高涵道比發(fā)動機(jī)采用了一體化推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式,經(jīng)濟(jì)性能更好。
怎么給給航天飛機(jī)“減肥”?
科學(xué)家們遇到的技術(shù)障礙遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上這些,如何讓航天飛機(jī)安全進(jìn)入軌道才是首要的難題。
為了克服地球引力的作用,航天飛機(jī)必須加速到每小時(shí)4萬千米以上的速度。
要想使航天飛機(jī)快速飛行,就要盡可能減輕飛行時(shí)的重量。數(shù)十年來,工程人員們絞盡腦汁,力圖解決飛行器的重量問題。由于燃料占了助動火箭重量的絕大部分,因此最好的解決方法就是使用一種重量輕、效率超高的推進(jìn)劑。
新一代的航天飛機(jī)不會再攜帶大量的液態(tài)氧,而是在超音速狀態(tài)下在大氣層中隨時(shí)吸收氧氣,再進(jìn)行壓縮,然后使用一個特殊的氣缸,使氧氣與航天飛機(jī)自身攜帶的液態(tài)氫產(chǎn)生燃燒。在加速到聲速的若干倍之后,飛機(jī)將會豎直向上升入軌道。這種新穎的發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)稱為“超音速沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)”。
除了減輕燃料攜帶量以外,減輕航天飛機(jī)自身的重量也是一個可行的途徑。20世紀(jì)末期,美國科學(xué)家們就設(shè)計(jì)出了能夠以“單級推進(jìn)方式”進(jìn)入軌道的輕型航天飛機(jī)。
這種航天飛機(jī)是用石墨和環(huán)氧樹脂復(fù)合材料做成的,重量不到常規(guī)航天飛機(jī)的一半。但是,在1999年進(jìn)行的試驗(yàn)中,用這種材料做成的氫燃料箱壁發(fā)生了破裂。在已經(jīng)花費(fèi)了10多億美元的經(jīng)費(fèi)以后,人們只能被迫放棄了這一計(jì)劃。
波音747大飛機(jī)
波音747一經(jīng)問世,便贏得了全世界乘客的青睞。747-400延續(xù)了747家族的傳奇,集先進(jìn)技術(shù)于一體,是世界上最先進(jìn)、燃油效率最高的飛機(jī)。747-400是目前生產(chǎn)的唯一747機(jī)型,在氣動性能方面有了許多重要的改進(jìn),其中包括:
增加翼梢小翼以減少阻力
采用全新的航空電子設(shè)備和駕駛艙
安裝最新的機(jī)載娛樂系統(tǒng)
747仍然是世界上最快的亞音速飛機(jī),巡航速度為0.85馬赫,即音速的85%。747與廣受歡迎的777一樣,都是波音遠(yuǎn)程機(jī)市場戰(zhàn)略的重要組成部分。
成功改進(jìn)的產(chǎn)物
經(jīng)過改進(jìn)的747-400與以往的747機(jī)型相比,航程更遠(yuǎn)、燃油效率更高,而且噪聲和運(yùn)營成本也更低。
747-400的航程約為7260海里(13450公里),是目前現(xiàn)役雙通道飛機(jī)中座英里成本最低的機(jī)型,其簽派可靠率高達(dá)99%。
波音于1989年向美國西北航空公司交付了首架747-400。自1969年首架747交付以來,波音已交付了近1300架747飛機(jī),其中的555架為高科技的747-400。
截至2001年12月,全球約有40家客戶訂購了630架747-400,使747-400成為歷史上最受歡迎的寬體飛機(jī)。747之所以長盛不衰和廣受歡迎,是因?yàn)樗哂袩o可匹敵的低座英里成本和無與倫比的舒適性,以及靈活性、遠(yuǎn)程優(yōu)勢和集結(jié)新技術(shù)的能力。
航程更遠(yuǎn)、業(yè)載更大、收益更高
遠(yuǎn)程型747-400(又稱延程型747-400ER)有客貨兩種機(jī)型,其大小與目前的747-400相同,但航程更遠(yuǎn)或業(yè)載能力更大(客運(yùn)或貨運(yùn))。2000年11月28日,澳大利亞快達(dá)航空公司訂購了6架這種大型遠(yuǎn)程飛機(jī)。目前,747-400ER(延程型)飛機(jī)已投入生產(chǎn),預(yù)計(jì)將于2002年底投入運(yùn)營。
2001年4月30日波音推出了747-400ER貨機(jī),并獲得了國際租賃融資公司(ILFC)5架貨機(jī)的訂單,其中的第一架將于2002年底投入運(yùn)營。
747-400ER是波音應(yīng)客戶需求而生產(chǎn)的飛機(jī),與基本型747-400相比,更具現(xiàn)代特征,性能也更高,且易于加入現(xiàn)有機(jī)隊(duì)。747-400ER的起飛重量增至910000磅(412770公斤),比現(xiàn)有的747-400增加了35000磅(15876公斤),使飛機(jī)可多飛410海里(760公里)或增加15000磅(6800公斤)的業(yè)載,其負(fù)載形式為載貨更多或滿載416名乘客。
747-400ER(延程型)客機(jī)的航程為7670海里(14205公里)。747-400ER貨機(jī)的最大起飛重量為910000磅(412770公斤),航程為4970海里(9200公里)。
全新波音風(fēng)格的客艙內(nèi)飾
747-400ER客艙的與眾不同之處在于其新的弧線型、向上彎曲的結(jié)構(gòu)。波音風(fēng)格的寬體飛機(jī)內(nèi)飾不僅使人感覺更為開闊、舒適,777風(fēng)格的樞軸式頭頂行李箱還增大了儲物空間。此外,乘客還可體驗(yàn)到新的艙內(nèi)設(shè)計(jì)對衛(wèi)生間的改進(jìn)。
總之,與乘坐其他飛機(jī)相比,747-400ER能為乘客多提供15%的空間來放置隨身行李,包括拉桿式行李箱、筆記本電腦和其他行李物品。新的行李艙經(jīng)過精心設(shè)計(jì),可容納比普通拉桿式行李箱大30%的行李。上層艙的行李貯藏空間也顯著增加,乘客可以獲得比其他飛機(jī)多一倍以上的隨身行李放置空間。
雖然目前只有747-400ER擁有新的內(nèi)飾,波音正在為基本型747-400研制波音風(fēng)格的新內(nèi)飾,并提供整體方案用于現(xiàn)役500架波音747-400客機(jī)的內(nèi)飾更新。
增強(qiáng)的氣動性能
747-400在氣動方面最顯著的改進(jìn)是機(jī)翼延長了6英尺,并帶有翼梢小翼,翼梢小翼有6英尺高,向上并略微向外掠起。這種改進(jìn)減少了油耗并增大了飛機(jī)的航程。在設(shè)計(jì)747-400時(shí),波音工程師們發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛機(jī)以巡航速度飛行時(shí),在普通機(jī)翼的翼尖處產(chǎn)生了一種被稱作渦流的渦動流譜。空氣渦流運(yùn)動的最上部分實(shí)際上在機(jī)翼上面產(chǎn)生向下的力,從而形成了阻力。
起初,工程師曾試圖通過增加機(jī)翼長度來解決這個問題,但這樣會使飛機(jī)在日益擁擠的機(jī)場滑行道和停機(jī)坪上通過時(shí)變得很困難。機(jī)翼加長還將減少適合747-400的機(jī)場廊橋數(shù)量。采用的折衷方案是將機(jī)翼增加6英尺并加裝翼梢小翼。
翼梢小翼起到了加大翼展所能起到的作用,而又不需加大標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位。翼尖的延伸段和翼梢小翼將燃油效率提高了約3%,這樣,一架飛機(jī)在壽命期內(nèi)可為航空公司及其乘客節(jié)省相當(dāng)大的費(fèi)用。耐用和輕質(zhì)的翼梢小翼是由碳纖維-環(huán)氧樹脂材料制成的,目前波音所有現(xiàn)代化飛機(jī)上用的都是這種材料。與全鋁結(jié)構(gòu)相比,這種復(fù)合材料和鋁制造的翼梢小翼可使每架飛機(jī)減重60磅(27公斤)。
先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料
波音還重新設(shè)計(jì)了機(jī)翼-機(jī)身接合處的整流罩以減少阻力,為了提高效率,還特為先進(jìn)的發(fā)動機(jī)(通用電氣公司的CF6-80C2B5F、普惠公司的PW4062和羅羅公司的RB211-524H)新設(shè)計(jì)了發(fā)動機(jī)艙和吊架。這些發(fā)動機(jī)都可提供63000磅的推力。
先進(jìn)材料的使用,大大減輕了747-400結(jié)構(gòu)重量。過去客艙中使用的金屬地板已經(jīng)被輕質(zhì)、堅(jiān)韌的碳纖維復(fù)合材料地板所代替。
747-400的16個主起落架機(jī)輪采用標(biāo)準(zhǔn)的碳剎車結(jié)構(gòu),其能量吸收特性和耐磨性更高,并且重量減輕了約1800磅(816公斤)。
747-400使用了強(qiáng)度更高的鋁合金,這使其重量減輕了約4200磅(1900公斤),并疲勞壽命也被延長。這些在757和767飛機(jī)上使用的合金材料被用到747-400的機(jī)翼蒙皮、桁條和下面翼梁弦等部位。
改進(jìn)的駕駛艙
同其他波音民機(jī)一樣,747-400駕駛艙具有高度靈活性。747-400的前身--747-300上是三人制模擬式駕艙;而747-400上改為帶有陰極射線管(CRT)顯示器的全數(shù)字式二人制駕駛艙。
6臺8英寸×8英寸(200毫米×200毫米)的CRT顯示器用來顯示飛機(jī)的飛行控制、導(dǎo)航、發(fā)動機(jī)和機(jī)組報(bào)警功能,從而以更少儀器數(shù)量顯示更多的信息。到2002年底,所有新747-400上的CRT顯示器都將被新的液晶顯示器(LCD)所代替。這些液晶顯示器可為將來的新功能提供更高的可靠性和更多的功能。
駕駛艙的燈、儀表和開關(guān)的數(shù)量從747-300的971個減少到365個。飛行機(jī)組的工作量設(shè)計(jì)為以前747機(jī)型的二分之一到三分之一。
發(fā)動機(jī)指示和機(jī)組報(bào)警系統(tǒng)(EICAS)可隨時(shí)在任意一臺CRT上調(diào)出各系統(tǒng)的情況或簡圖?,F(xiàn)在機(jī)組可以在飛行中得到有關(guān)飛機(jī)機(jī)械狀況的最新報(bào)告,而以前這些信息只有維修人員在飛機(jī)降落停場后才能得到。
客艙設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程型(Longer-Range)747-400的客艙內(nèi)飾是基于頗受歡迎的747-400的,并進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),以增強(qiáng)乘座舒適性、方便性以及乘客吸引力。艙頂和側(cè)板也采用了新型輕質(zhì)材料,為乘客提供了開放寬敞的空間。乘客行李艙的貯藏空間也更加寬敞:每個60英寸(152厘米)長的行李艙的容量為15.9立方英尺(0.4立方米),或者說每個乘客有2.9立方英尺(0.08立方米)的行李貯藏空間。
新型層壓材料設(shè)計(jì)滿足了波音的防火標(biāo)準(zhǔn)。新型的熱塑性復(fù)合材料可在起火時(shí)降低煙霧和有毒物質(zhì)的釋放,上層艙的艙頂是用改進(jìn)的聚酯和酚醛板模壓材料制造的,代替了聚酯材料。
艙內(nèi)的靈活布局使航空公司可以更快地重新安排客艙隔板、廚房和衛(wèi)生間組件,以滿足市場需求。真空廢物處理系統(tǒng)簡化了衛(wèi)生間的安裝,艙內(nèi)還有用于安置廚房和衛(wèi)生間的其他位置。這些"快速轉(zhuǎn)換特性"可在48小時(shí)內(nèi)完成主要重新布局,而座椅和客艙可在一夜之間改好。
波音還修改了747-400的空氣分布系統(tǒng)。主客艙的空氣分布區(qū)從3個增加到5個,并且每個區(qū)的通風(fēng)速度可按乘客密度調(diào)節(jié)。
747-400機(jī)身后部衛(wèi)生間上面的區(qū)域可供航空公司選擇作為機(jī)組休息區(qū),這在所有飛機(jī)中是第一次。該區(qū)域可安排8張床鋪和2個座椅,讓不當(dāng)班的乘務(wù)員有舒適獨(dú)立的休息室。重新安排機(jī)組休息區(qū),可在飛機(jī)主客艙騰出10個贏利座位。
面向21世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)
目前已交付使用的747達(dá)1300架,使747成為有史以來最暢銷的寬體飛機(jī)。747-400采用一流的組裝程序,從而確保了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了交付周期,也降低了維護(hù)與生產(chǎn)成本。
最近波音完成了一項(xiàng)五年計(jì)劃,對747的設(shè)計(jì)與制造方面進(jìn)行了現(xiàn)代化改造。超過10000張飛機(jī)巨大機(jī)身的工程圖紙以數(shù)字形式輸入數(shù)據(jù)裝置,使部件的生產(chǎn)更為精確。這些數(shù)據(jù)裝置還采用全新的加工工具,對飛機(jī)蒙皮板進(jìn)行激光制導(dǎo)組裝。這一工具還可用來加工延長型747X。延長型747X約比目前的747-400長30英尺(9.1米)。根據(jù)市場行情與客戶需要,該飛機(jī)最早將于2008年可投入運(yùn)營。
波音公司一直在探索利用精益生產(chǎn)工藝簡化生產(chǎn)過程,747項(xiàng)目正在為埃弗雷特工廠研究一條移動生產(chǎn)線。如果將二者相結(jié)合,到2004年,747將擁有一條連續(xù)移動的總裝線。這表明波音正努力讓747這一"空中皇后"成功邁入21世紀(jì)。
747 -- 一個全能的飛機(jī)家族
747-400有客機(jī)型、客貨混裝型和貨機(jī)型,為客戶在選擇上提供最大的靈活性。
客貨混裝型:混裝型747-400是將兩種機(jī)型合二為一,在主艙內(nèi)即可載客(前部)也可載貨(后部)?;煅b型機(jī)的左翼后部有一個大型側(cè)壁貨艙門,再加上可移動的乘客座位和裝載貨物軌道,航空公司可以在主艙乘客座位后部放置集裝箱。這種靈活性使航空公司可以按不同的市場變化周期與包機(jī)要求調(diào)整內(nèi)部配置。
貨機(jī):747-400貨機(jī)是業(yè)內(nèi)最大、每噸英里成本最低的民用貨運(yùn)機(jī)型。747-400貨機(jī)的載貨量及航程均是其競爭機(jī)型的兩倍。隨著2001年4月747-400ER貨機(jī)的推出,該機(jī)型可提供無可匹敵的更大業(yè)載、航程和速度。標(biāo)準(zhǔn)型747-400貨機(jī)的最大起飛重量為875000磅(396900公斤),可運(yùn)載124噸(113000公斤)貨物飛行4450海里(8240公里)。預(yù)計(jì)747-400ER貨機(jī)將于2002年底投入運(yùn)營,其最大起飛重量為910000磅(412770公斤)。在最大起飛重量下進(jìn)行遠(yuǎn)程飛行時(shí),可多飛525海里(972公里),或多載22000磅(9980公斤)業(yè)載。
國內(nèi)型:國內(nèi)型747-400是一款大容量飛機(jī)(可搭載568名乘客)。為適應(yīng)日本國內(nèi)高起降率、短航程運(yùn)營市場的需要,對飛機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。因?yàn)閲鴥?nèi)型747-400不需要747-400上的加長翼與翼稍小翼來減小阻力,所以它采用與747-100、200及300相同的機(jī)翼。波音已經(jīng)制造并交付了19架這樣的飛機(jī)。由于市場上對于極高容量(550名乘客)飛機(jī)的需求減少,因此波音不再生產(chǎn)國內(nèi)型747-400。
放眼未來
波音不斷進(jìn)行市場調(diào)研,以改進(jìn)747-400客機(jī)和貨機(jī),使其能夠提供更大業(yè)載、更遠(yuǎn)航程、更多選擇、更高性能,為客戶提高創(chuàng)收能力,同時(shí)也會更加環(huán)保。
波音目前正在積極地與747客戶溝通,征詢他們對未來飛機(jī)在遠(yuǎn)程與高性能方面的需求?,F(xiàn)在正在開發(fā)一個747產(chǎn)品改進(jìn)項(xiàng)目,旨在為現(xiàn)有和未來的客戶提供帶有新性能的、更有價(jià)值的飛機(jī),計(jì)劃最早將于2003年晚些時(shí)候完成。
駕駛室的圖片
為什么戰(zhàn)斗機(jī)使用了鈦合金和復(fù)合材料后,能大大減輕機(jī)體重力?
最早的飛機(jī)機(jī)體使用鋁,但鋁的熔點(diǎn)和強(qiáng)度都不夠,后來使用鋁鎂合金。
但隨著飛機(jī)速度越來越高,在高速(超音速條件下),機(jī)體溫度會升得非常高(詳見音障、熱障等物理學(xué)術(shù)語)。所以考慮使用高強(qiáng)度,耐高溫的鈦合金和其它復(fù)合材料,這些材料強(qiáng)度遠(yuǎn)比鋁鎂合金高得多。舉個例子:在做機(jī)體支撐件的時(shí)候,本來要使用厚度為10mm的鋁鎂合金才能達(dá)到強(qiáng)度要求,而鈦合金本來強(qiáng)度就高,只用5mm厚度就可以達(dá)到同樣的力學(xué)要求。而且支撐結(jié)構(gòu)也可以簡化。這樣一來,雖然鈦合金本身的比重要比鋁等金屬大,但由于結(jié)構(gòu)上減重和簡化更多,所以最終總體質(zhì)量就降低了。這對于改善飛機(jī)飛行品質(zhì)有很大好處。
無人機(jī)的機(jī)身材料是什么?
無人機(jī)的機(jī)身材料是復(fù)合材料。如圖:
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)一:和傳統(tǒng)金屬材料相比,復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、抗疲勞能力和抗振能力強(qiáng)的特點(diǎn),將它應(yīng)用于無人機(jī)結(jié)構(gòu)中可以減重25% ~30%。樹脂基復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)重量輕、復(fù)雜或大型結(jié)構(gòu)易于成型、設(shè)計(jì)空間大、比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小等諸多優(yōu)點(diǎn)。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)二:復(fù)合材料本身具有可設(shè)計(jì)性,在不改變結(jié)構(gòu)重量的情況下,可根據(jù)飛機(jī)的強(qiáng)度剛度要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);在設(shè)計(jì)制造技術(shù)上滿足了大多數(shù)無人機(jī)在高度翼身融合結(jié)構(gòu)所需的大面積整體成形這一特點(diǎn)。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)三:無人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常使用到的是復(fù)合材料的輕質(zhì)、高比強(qiáng)度比模量等特性。主要通過增強(qiáng)材料(碳纖維、玻璃纖維等)良好的力學(xué)性能和基本材料(樹脂)的粘結(jié)作用兩者有機(jī)的結(jié)合而成。
綜上既可以有強(qiáng)度支撐無人機(jī)機(jī)體架構(gòu),又能夠最大程度上擺脫引力不受中立影響的復(fù)合材料,融合了下面三種材質(zhì):
①碳纖維:一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維"外柔內(nèi)剛",質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性。
②玻璃纖維:玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料,種類繁多,優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好,機(jī)械強(qiáng)度高,但缺點(diǎn)是性脆,耐磨性較差。
③樹脂:指受熱后有軟化或熔融范圍,軟化時(shí)在外力作用下有流動傾向,常溫下是固態(tài)、半固態(tài),有時(shí)也可以是液態(tài)的有機(jī)聚合物。廣義地講,可以作為塑料制品加工原料的任何高分子化合物都稱為樹脂。
關(guān)于《飛機(jī)輕量化材料》的介紹到此就結(jié)束了。