2021-06-18
 
飞机都是用什么材料做的?复合材料是未来趋势
2021年06月18日   阅读量:256

在现代,大家所乘坐的民航客机,早已使用了高端的复合材料,确保了优良的飞行性能和足够的安全性。但回顾整个航空发展史,最初的飞机,用的都是些什么材料呢?从要满足长时间飞行和载荷足够的要素来看,制造飞机的材料必须得轻便牢固,同时它还得方便人们改造加工,做到耐高温和耐腐蚀等多项要求。看起来,选择合适的航空材料,并不是一件容易的事中国化工网okmart.com

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人类历史上第一架飞机,是莱特兄弟在1903年制造的飞行者一号,在当时的科技水平下,他们选用了成本低廉又便于加工的木头。再到后来一战爆发,很多战斗机的外皮也仍然使用的是木质胶合板。直到1915年,德国的雨果·容克,用铝合金造出了世界上第一架结构全部使用金属的飞机。这一举动改变了航空材料的发展前景,到了现代,塑性良好、轻便牢固还成本低廉的铝合金,一直被广泛使用在各种飞机的制造上。

不过铝合金还有和它类似的镁合金,有一个缺点就是不够耐高温,最多只能承受100多度的温度,而飞机发动机的温度更高,这个时候,就只能让更加耐高温的钢材出马了。另外,它们的坚硬程度也不如钢,像飞机各个部件比如机翼和机尾接头的这类地方,对材料的承重性要求很高,最适宜使用的也是耐高压的钢材。用超过三倍音速的速度震惊美国的,前苏联战斗机米格-25,就是靠着80%合金钢的结构,才达到了这样的强度。

但是钢材实在是太重了,一般飞机上,都不会大面积使用钢材。随着航空材料学的科研突破,人们发现了更优秀的材料——钛合金,它集耐高温、轻便、耐高压和耐腐蚀等优点于一身。不过这样优秀的材料,它的冶炼也是比较费力的,而且由于耐高温和耐高压,相比于铝镁合金,它并不是那么容易地就可以进行塑型再加工。不过上个世纪60年代,美国还是用钛合金搞出了一台侦察机SR-71,和米格-25一样,SR-71的飞行速度也超过三倍音速。

随着航空材料学的不断发展,人们开始越来越多地使用起复合材料来,使用两种及以上的复合材料,结合了不同材料的优势,还能抵消它们各自的劣势。不同于传统的合金,近年来飞机上所用的复合材料,大都使用更加轻便的树脂基和碳纤维或玻璃纤维组件混合。比起合金,它们更加便于改造加工,完全可以按照设计图来制定不同部位的强度。还有一个优势就是,它们比金属更便宜。在国际民航市场上大受好评的波音787客机,就大规模使用了复合材料。

毫无疑问,复合材料是航空材料学领域在未来的重点研究方向,几种材料结合的模式,会创造出一加一大于二的成果,比起传统材料,它拥有更多可能性。未来的客机,以及更为高精尖的导弹、火箭和飞船等航天载具,都对材料的适应性和创新性有更高的要求。那个时候,也只有复合材料可以胜任。但是,传统材料肯定也不会那么快就退出历史舞台,它们也拥有复合材料所没有的优势。就算现在的客机,50%都是复合材料,剩下的部分还是需要传统材料。

不过,我们也可以畅想一下未来,随着更多全新复合材料的诞生,航天载具的性能也许会发展到,超乎你的想象。到那个时候,可能我们乘坐一架客机跨越洲际,甚至不用几个小时。


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