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通(tōng)用飞机(jī)与(yǔ)复合材料

 

一般认为,通用航空是(shì)指干线和支线定期航班(bān)客货运输以及出租(zū)飞机公司经营的空运业务以外的所有民用航(háng)空活(huó)动。目前(qián),各国对(duì)通用航空的定义说法(fǎ)不(bú)一,实(shí)际上(shàng)还(hái)没有一(yī)个统一的严(yán)格(gé)的有关通(tōng)用(yòng)航空的定义。通用(yòng)航空是(shì)民用航空的重(chóng)要组成(chéng)部(bù)分,通用(yòng)航(háng)空的发展水平是一个国家(jiā)科(kē)学技术(shù)发展水(shuǐ)平、经济发展水平和人民生活(huó)水平高低的重要标志(zhì),在社会和经济(jì)发展中有着重要(yào)地位。 

通用(yòng)飞机可以通俗地理解为用于通用(yòng)航空飞行(háng)的飞机,由于通用飞机的用途(tú)广泛,飞(fēi)机的结构特点各有不同,大(dà)致可划分为运动飞机、公(gōng)务机、农(nóng)林(lín)飞机、多用途飞(fēi)机等。 

随(suí)着先(xiān)进(jìn)复(fù)合材(cái)料及其加工(gōng)技术的快速发展,在通用飞机制造领域,新(xīn)型飞机(jī)开始越来(lái)越多地使用(yòng)先进复合材料(liào),本文将(jiāng)介绍几种类型的(de)通用(yòng)飞机,并对一些(xiē)通用(yòng)飞机(jī)的(de)复合(hé)材料使(shǐ)用情况进行介绍。 

典型通用飞机及其复(fù)合材料的使用 

1小型飞(fēi)机 

小型飞机一般2~6座,大部分(fèn)都(dōu)只装一台活(huó)塞发动机,主要(yào)用于(yú)飞行员(yuán)培训、航空运动、空中游览、教育培(péi)训、文化体育、航(háng)空广告灯等。“小鹰”500飞(fēi)机是具有我国自主知识产权的(de)轻型多用途飞机(jī),是一种按单驾驶体(tǐ)制、双操纵进(jìn)行设计的前后两(liǎng)排(pái)并(bìng)列(liè)式4~5座飞(fēi)机,这款飞机的发动机罩、尾锥(zhuī)和座舱部分侧(cè)蒙皮(pí)采用了(le)玻璃(lí)纤维复合材(cái)料。美国西锐设计公(gōng)司(Cirrus Design Co)以(yǐ)生产复合材料见长,其生产的(de)SR20/SR22采用活塞发动(dòng)机(jī)的四座复合(hé)材料轻(qīng)型飞机悬臂式下单翼,翼尖(jiān)上翻,为复(fù)合材料结构(gòu),机翼悬挂复合材料悬臂式(shì)缓冲主支柱,外带整流罩。G120A是德国Grob宇航公司(sī)的(de)双座特技飞(fēi)行飞机,机身整(zhěng)体是由碳纤维增强复合材料制成。 

2多用途飞(fēi)机(jī) 

多用途飞(fēi)机是指可用于客货运输及其他社会服务(wù)的6~10座左右的(de)通用飞机。1974年批(pī)量(liàng)生产(chǎn)的P-68,其机体大部分(fèn)为金(jīn)属结构(gòu),仅(jǐn)在机翼(yì)机身连(lián)接处整流包皮采用了玻璃(lí)纤(xiān)维增强复合材料(liào)。随着材料技术的发展,更多(duō)的(de)新材料和新(xīn)技术被应用(yòng),1991年首飞的PC-12来自瑞士派(pài)士飞机公司(sī),其T形尾翼采用了玻璃纤维增强复合材料,而尾(wěi)翼的背(bèi)鳍和腹鳍则(zé)采用凯夫拉纤维增强蜂窝板夹层复合材料。“探(tàn)险家”飞机更是(shì)采用先(xiān)进计算机辅助(zhù)模型(xíng)设计和制造技术,可迅(xùn)速(sù)转入批量生(shēng)产,其机身为(wéi)半硬(yìng)壳式结构,由碳纤维复合(hé)材料制成(chéng)的外壳和金属骨架构成。德国格罗布宇航公司制造的“SPn Utility Jet”,载客9人(rén),空(kōng)载重量在(zài)3630kg 以(yǐ)下,航(háng)程在3400km,满载情况下起飞跑道要求仅为915m,机身由法国播舍公(gōng)司提(tí)供的机制织物(铺层角为(wéi)0~90°、±45°)和单向纤维(wéi)布(bù)制成(chéng),基体为环氧(yǎng)树脂。 

3公务机 

越来越多(duō)的复合材料被(bèi)用在了(le)繁忙(máng)的公务(wù)机上(shàng),各(gè)国的(de)飞(fēi)机制造商则纷纷研制新型的全复合材料(liào)公务(wù)机抢占(zhàn)未来市(shì)场。 

美国豪客比奇(qí)公司(sī)的“首相Ⅰ”,由(yóu)于机身为碳纤维蜂窝复合材料结构(gòu),除去所有的整(zhěng)体机(jī)身框架(jià),蒙皮仅厚20mm,相对于常规制造客舱容积增(zēng)加13%。 

亚(yà)当公(gōng)司(sī)的(de)超轻型喷气机A700和装备了活塞发动机的A500,飞机大部分是由碳纤维增强Nomax 蜂(fēng)窝(wō)夹心复合材料制成,部分地方使用(yòng)了玻璃纤维增强。以A700为例,其载客数(shù)为(wéi) 6~7人,用AGATE认证的(de)预浸料进行拼接(预浸料来(lái)自东丽(lì)公司),并相应开发了可以对复合材料进行二次加工的铣(xǐ)床。复合(hé)材(cái)料层(céng)合板是(shì)碳纤维或玻璃纤维织物(wù)增强(qiáng)Nomax夹心材(cái)料,真空袋成型,从机头到机尾的(de)舱壁、翼(yì)梁底座、窗户框和门框都是(shì)共固化成型的。翼梁则(zé)由单向碳(tàn)纤维增强复合(hé)材料制造(zào)而成,而翼梁抗剪腹板(bǎn)则(zé)是(shì)有多(duō)向的碳纤(xiān)维织物增强复合材料制成。为了(le)消除闪电击中的电(diàn)弧作用,燃料箱是(shì)由玻璃纤维增(zēng)强复合(hé)材料制成,碳纤维翼梁与蒙皮之(zhī)间也用了一层玻璃纤维隔开售(shòu)价在100~250万(wàn)美元。 

4农(nóng)林飞机 

农林飞机多由轻型飞机改装而来(lái),大多(duō)采(cǎi)用(yòng)冷活塞发动(dòng)机,要求能在(zài)土跑道起(qǐ)飞(fēi),超低空机动飞行,成本低等,因此在(zài)农林飞机出现伊始,很多二战后退役的飞机被改装(zhuāng)成农林飞机。 

农(nóng)林飞(fēi)机速度低,高度也(yě)低,并且要求控制成本,因此一般不采用复合材料或者仅采用(yòng)玻(bō)璃纤维(wéi)增强复合材料以减轻(qīng)重量,例如波兰飞(fēi)机和发动(dòng)机(jī)工业集团华沙工厂研制的(de)PZL-106“渡鸦”采用了玻(bō)璃钢翼尖,机翼前缘缝翼采用了泡沫芯材的玻璃钢夹层结构(gòu)。农(nóng)林飞机一般都携带(dài)有药箱,药箱则多为(wéi)玻璃钢结构,并在机身(shēn)骨(gǔ)架涂有(yǒu)聚(jù)氨酯以防止腐蚀(shí)和(hé)防尘。 

5水上飞机 

水上飞机是(shì)能在水(shuǐ)面上起飞、降落和停泊的飞机,其(qí)中有些也能在陆上机场起降(jiàng)。水上飞机(jī)用途广泛(fàn),在民用方面可用于运输、森(sēn)林消防、航空旅游(yóu)、飞(fēi)播造林(lín)、医疗救护等,比较(jiào)有名的有中国的水轰5、日本(běn)的US-1、美国的PBY-5、加拿大的(de)CL-415、俄(é)罗斯的Be-103、昆明劲(jìn)鹰S1型汽油航(háng)测航拍水上无人机,值得一提的是(shì)多尼尔海星马来西亚公司的“海星”CD2,其复合材(cái)料用量很(hěn)大(dà),机翼为悬(xuán)臂式(shì)下单翼(yì),高升力机翼外侧前(qián)缘下垂,采用(yòng)玻璃纤维(wéi)增强复合材(cái)料和泡沫(mò)夹(jiá)心材(cái)料,具有碳(tàn)纤维增强复(fù)合材料制成的前、后梁,尾翼由玻璃(lí)钢制成,常规尾翼,装电驱动可变安装(zhuāng)角平尾。 

6旋翼(yì)机 

旋翼机是(shì)指(zhǐ)利用动力驱动的旋转旋翼提供(gòng)升力、推进力和操作力(lì)的飞行器,目前(qián)通用航空中使(shǐ)用的旋翼机主要(yào)是直升机。 

旋翼机(jī)的使用已(yǐ)经相当普遍,主要应用领域有:旅客(kè)运输、海上油井服务、渔业(yè)作业、紧(jǐn)急救援、环境监测、城(chéng)市治安管理、医疗救护等(děng)等。现在新型(xíng)的(de)直升机几乎都采用了复合材料旋翼,机(jī)身也多在采用复合材料代替部分金属(shǔ)材料,比如昆明劲鹰(yīng)1000型八轴(zhóu)航拍(pāi)航测无人机具有(yǒu)强化刚性的机架结构机臂采用内嵌硅(guī)胶线注塑工艺,具有更(gèng)好(hǎo)的结构刚性及工(gōng)作稳(wěn)定性,整(zhěng)个系统高度集成化的设计(jì),使安装调试工作变得更加简单快捷(jié),中心架具(jù)有(yǒu)更大的可用空间,方(fāng)便安装及内(nèi)置各类航拍辅助设备,使您的(de)航拍系统拥有更(gèng)强(qiáng)的美感。还有(yǒu)西科斯基飞机(jī)公司的(de)S-924片桨叶全复合材料旋翼,桨尖后掠,其机身主(zhǔ)要由铝和复合(hé)材(cái)料制成(chéng),复(fù)合(hé)材料约占40%。欧洲直升机公司的EC1354片桨叶安装在(zài)可控复合材料柔性臂上,机身壳、框、舱门、水(shuǐ)平安定面及端板(bǎn)均采用复合材料结构,复合材料大部分是芳纶(lún)或碳纤维(wéi)蜂窝(wō)结构。德事龙(lóng)集(jí)团(tuán)贝尔加拿大直升机公司在贝尔230基础上研制的贝尔430采用(yòng)全复合(hé)材料(liào)桨无铰无轴(zhóu)承旋翼系(xì)统,旋(xuán)翼桨(jiǎng)叶由不锈(xiù)钢大梁、前缘包条和玻璃纤维增强复合材料蒙皮组成(chéng),在大梁(liáng)和后(hòu)缘之间填充Nomax 蜂(fēng)窝。在汶川大(dà)地震堰塞湖抢险中(zhōng)立下大功的俄米26直升机,其尾桨(jiǎng)由片玻璃钢(gāng)制桨叶组(zǔ)成。欧(ōu)洲直升机工业公司的EH101使用了PMI聚甲基丙烯酰(xiān)亚胺硬质(zhì)泡沫填(tián)充(chōng)的(de)直升机旋翼叶(yè)片,EH101还是新美国总统专机“海(hǎi)军一(yī)号(hào)”的备选(xuǎn)机(jī)型,该公司(sī)的EC135NH90也是用了此项(xiàng)技术。另外,NH90的(de)扭力(lì)臂和(hé)纵向推力杆(gǎn)的中心凸耳(ěr)RTM工艺成型,使用了来自德国Heek-Nienborg的机织织物预成型(xíng)体。纤维使用东丽公司的T300-12K碳(tàn)纤维。 

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                                     (昆明劲鹰(yīng)jy1000型(xíng)八轴航拍航测(cè)无人(rén)机)

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