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通用飞机(jī)与(yǔ)复(fù)合材料(liào)

 

一(yī)般认为,通用航空是指(zhǐ)干线和支线定期航班客货运输以及出租飞机公(gōng)司经营的空运业(yè)务以外的所有民用航空活动。目前,各国对通用航(háng)空的定义(yì)说法不一,实际上还没有一个统一的严(yán)格的(de)有关通用(yòng)航(háng)空的定义。通(tōng)用航空是民用航空的重(chóng)要组成(chéng)部(bù)分,通用航空的(de)发展水平是(shì)一个(gè)国(guó)家科学技术发(fā)展水平、经济发展水平和人民生(shēng)活水平高低的(de)重要标志,在社会和经济发展(zhǎn)中(zhōng)有着重要地位(wèi)。 

通用飞机可以通俗地(dì)理解为用于通用航(háng)空飞(fēi)行的飞(fēi)机,由(yóu)于通用飞(fēi)机(jī)的用(yòng)途广泛,飞机的结构(gòu)特点各有不同(tóng),大致可划分(fèn)为运动飞机、公务机、农林飞机、多(duō)用途飞(fēi)机等(děng)。 

随(suí)着先进复合材料及(jí)其加工技(jì)术的(de)快(kuài)速发展,在通用飞机制造领域(yù),新(xīn)型飞机开始越来(lái)越多地使用先进复合材料,本文将(jiāng)介(jiè)绍几种(zhǒng)类型的通用飞机,并对(duì)一些通用飞机的复合材料使用情(qíng)况(kuàng)进行介绍。 

典型通(tōng)用飞机(jī)及其复合材料(liào)的使用 

1小型飞机 

小型飞机一般2~6座,大(dà)部分都(dōu)只(zhī)装一(yī)台(tái)活塞发动机,主要用于(yú)飞行员培训、航空运动、空中游(yóu)览、教育(yù)培(péi)训、文化体育(yù)、航空广(guǎng)告灯(dēng)等。“小鹰”500飞(fēi)机是具有我国自主知识产权(quán)的轻型(xíng)多用途飞(fēi)机,是(shì)一种按单驾驶体制、双(shuāng)操纵进行设计的前后两排并(bìng)列式4~5座飞机(jī),这款飞机的发(fā)动(dòng)机罩(zhào)、尾锥和座舱部分(fèn)侧蒙(méng)皮采用了(le)玻璃纤维复合材料。美国西锐设计公司(sī)(Cirrus Design Co)以生产复合材料见长,其生产的(de)SR20/SR22采(cǎi)用(yòng)活塞发动机的(de)四座复合材料轻型(xíng)飞机悬(xuán)臂式下单翼,翼尖上翻,为复合材料结构,机翼悬挂复合材料(liào)悬臂式缓(huǎn)冲主支柱,外(wài)带整流(liú)罩。G120A是德(dé)国Grob宇航公司的双座特技飞行(háng)飞(fēi)机(jī),机身整体(tǐ)是由碳纤维增强复合材料制成。 

2多用途飞机 

多用途飞机是指可(kě)用于客货运输及其他社会服务(wù)的(de)6~10座左右的通用飞机。1974年批量(liàng)生产的P-68,其机体大(dà)部(bù)分为金属结(jié)构,仅在机翼机身连接处整(zhěng)流(liú)包皮采用了玻璃纤维增强(qiáng)复(fù)合材料(liào)。随着材料(liào)技术的发展(zhǎn),更多的(de)新材(cái)料和新技术(shù)被应用,1991年首飞的PC-12来自瑞士派士飞机公司,其T形尾翼采用了玻璃(lí)纤维增强复合材(cái)料(liào),而尾翼的背鳍和腹鳍则采(cǎi)用凯夫拉纤维增强蜂窝板夹(jiá)层复合材料。“探(tàn)险家”飞机(jī)更是采用(yòng)先进计算机辅助模型设(shè)计(jì)和(hé)制(zhì)造技术,可迅速转入批量(liàng)生产(chǎn),其(qí)机身(shēn)为半硬壳式(shì)结构,由碳纤(xiān)维(wéi)复合材料制(zhì)成的外壳和金属骨(gǔ)架(jià)构成。德国格(gé)罗(luó)布(bù)宇航公司制(zhì)造的“SPn Utility Jet”,载客9人,空载(zǎi)重(chóng)量在3630kg 以(yǐ)下,航程(chéng)在3400km,满(mǎn)载情况下起飞跑道要求仅为915m,机身由法国(guó)播舍公司(sī)提供的机制(zhì)织(zhī)物(wù)(铺层角为(wéi)0~90°、±45°)和单向纤维布制成,基体为环氧树脂。 

3公务机(jī) 

越来越多的复合材料被用在了繁忙的(de)公务机上,各国(guó)的飞机(jī)制造商则(zé)纷纷(fēn)研制(zhì)新(xīn)型的全复合(hé)材料公(gōng)务机抢占未来市场(chǎng)。 

美(měi)国豪客比奇公司的“首相Ⅰ”,由(yóu)于机(jī)身为碳纤(xiān)维蜂窝复合材料结构,除(chú)去所有的整体机身框架,蒙(méng)皮仅厚20mm,相对于常(cháng)规(guī)制造客舱容积增加13%。 

亚当(dāng)公司的超(chāo)轻(qīng)型喷气机A700和装备了活塞发动机的(de)A500,飞机大部分是由碳纤(xiān)维增强Nomax 蜂窝夹心(xīn)复(fù)合材料制成,部分地方使用了(le)玻璃纤维(wéi)增(zēng)强。以A700为例(lì),其载(zǎi)客(kè)数为 6~7人,用AGATE认证的预浸料(liào)进行拼接(预浸料来自东(dōng)丽公(gōng)司(sī)),并相应开发了可以对(duì)复(fù)合材料进(jìn)行二次加(jiā)工(gōng)的铣床(chuáng)。复合材料层(céng)合板是碳纤维(wéi)或玻璃纤维织物增强(qiáng)Nomax夹心材料,真空袋成型,从机头到机尾的舱(cāng)壁、翼梁底座、窗户(hù)框(kuàng)和门框都是共固化成型的。翼梁则(zé)由(yóu)单向(xiàng)碳纤(xiān)维增强复合材(cái)料(liào)制造而成,而翼梁抗剪腹板则是有多向的碳纤(xiān)维织物增强复合材(cái)料制成。为了消除闪电(diàn)击(jī)中的电弧作用,燃料箱是由(yóu)玻璃纤维增强复(fù)合材料制成,碳(tàn)纤(xiān)维翼梁(liáng)与蒙皮(pí)之间(jiān)也用(yòng)了一层玻璃纤维隔开售价在(zài)100~250万美元。 

4农林飞机 

农林飞(fēi)机多由(yóu)轻型飞机(jī)改装而来,大多采(cǎi)用(yòng)冷(lěng)活塞发动机,要求(qiú)能在土跑道起飞,超低空(kōng)机动飞行,成本低(dī)等(děng),因此在农林飞机出(chū)现伊始,很多二战后退役的飞(fēi)机被改装成农林飞机(jī)。 

农林飞机速度低,高度(dù)也(yě)低,并且要(yào)求控制成(chéng)本,因(yīn)此一般不采用复合材料或者仅(jǐn)采用玻璃纤维增强复合材(cái)料以减轻重量,例如波兰飞机和发动机工业(yè)集团华沙工厂研制的PZL-106“渡(dù)鸦(yā)”采用(yòng)了玻(bō)璃钢翼尖(jiān),机翼前缘缝翼采用了泡沫芯材的玻(bō)璃钢夹层结构。农林(lín)飞机一般都携带有药箱,药(yào)箱则多为玻璃钢结构(gòu),并在(zài)机身(shēn)骨架涂(tú)有聚氨酯以防(fáng)止腐蚀和防尘。 

5水上飞(fēi)机 

水上飞机是能在水面上起飞、降落和停泊的飞机,其中有些(xiē)也能在陆上机场起降。水(shuǐ)上飞(fēi)机用途广泛(fàn),在民用方面可用(yòng)于运(yùn)输、森林消防、航空旅游、飞(fēi)播造林、医疗(liáo)救(jiù)护等,比较有(yǒu)名的有中国的(de)水(shuǐ)轰(hōng)5、日本的US-1、美国的PBY-5、加拿(ná)大的CL-415、俄(é)罗斯的Be-103、昆明劲鹰(yīng)S1型(xíng)汽油航测航拍水(shuǐ)上无人机(jī),值得一提(tí)的是多尼尔(ěr)海星马(mǎ)来(lái)西亚公司的“海星(xīng)”CD2,其复合(hé)材料用量很大,机翼为悬臂式下(xià)单翼,高升力机翼外(wài)侧前缘(yuán)下(xià)垂,采用玻璃纤维增强复合材料和泡沫夹心材(cái)料,具有碳纤维增强(qiáng)复合材料(liào)制成的前、后梁(liáng),尾翼由玻璃钢(gāng)制成,常规尾翼,装电驱动可变安(ān)装角平(píng)尾。 

6旋翼机 

旋翼机是指利用动力驱动的旋转旋翼提供升力、推进力和(hé)操作力的(de)飞(fēi)行(háng)器,目前通用航空中使用的旋翼(yì)机主要是直升机。 

旋(xuán)翼机的(de)使用(yòng)已经相(xiàng)当普遍,主(zhǔ)要应用领域有:旅客运输、海上(shàng)油井服务、渔业作业、紧急(jí)救援、环境监测、城市治安(ān)管理、医疗救护等(děng)等(děng)。现在(zài)新型的直升机几乎都采用了复合材料旋翼(yì),机身也多(duō)在采(cǎi)用复(fù)合材料代替(tì)部(bù)分金(jīn)属材(cái)料(liào),比(bǐ)如昆(kūn)明劲鹰1000型八轴航拍航测无人机具有强化刚性(xìng)的机架结构机臂采用内(nèi)嵌硅胶线注塑工艺,具有更好的结构刚(gāng)性及工(gōng)作稳定性,整个系(xì)统高度集成化的设计,使(shǐ)安(ān)装调试工(gōng)作(zuò)变得更加简(jiǎn)单快捷(jié),中心架具有更大的可用空(kōng)间,方便安装及内置(zhì)各(gè)类航拍辅助设备(bèi),使您的(de)航拍系统拥有更强(qiáng)的美(měi)感。还有西科斯基(jī)飞(fēi)机公司的S-924片桨叶全复合材料旋翼,桨尖后掠,其机身主要由铝和复合材料制成,复(fù)合材料约(yuē)占40%。欧洲(zhōu)直升机公(gōng)司的EC1354片桨叶安装(zhuāng)在可控复合材料(liào)柔性臂上,机身壳(ké)、框、舱门、水(shuǐ)平安定面及(jí)端板(bǎn)均采用复合材料结构,复合(hé)材(cái)料大部分是芳纶或碳纤维蜂窝结构。德事龙(lóng)集团贝尔加拿大直升机(jī)公司在贝尔230基础上研制的贝尔430采用全复合材料桨无铰无轴承旋翼系统,旋翼(yì)桨叶由不锈(xiù)钢大梁、前缘包条和玻(bō)璃(lí)纤维增强复合材(cái)料蒙(méng)皮组成,在大梁和(hé)后缘之间填充Nomax 蜂窝(wō)。在(zài)汶川大地震堰塞(sāi)湖(hú)抢险中立下大(dà)功的(de)俄米(mǐ)26直(zhí)升机,其(qí)尾桨由片玻璃钢制桨叶(yè)组成(chéng)。欧洲直升(shēng)机工业公司的EH101使用了PMI聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡(pào)沫(mò)填充(chōng)的(de)直升机旋(xuán)翼叶片,EH101还是新美国总统专机“海军一号”的备选机型,该公司的EC135NH90也是用(yòng)了此项(xiàng)技术。另外,NH90的扭力臂和纵向推力(lì)杆(gǎn)的中心凸耳RTM工艺(yì)成(chéng)型,使用了来自(zì)德国Heek-Nienborg的机织织(zhī)物(wù)预(yù)成型体。纤维使用东丽公司的T300-12K碳纤维。 

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                                     (昆明劲鹰(yīng)jy1000型八轴航拍航测无(wú)人机(jī))

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