C919大飛機年底將交付東航！玻纖&碳纖維齊上陣，助力C919騰飛
2022-11-11
來源：中國玻璃纖維
據報道，中國首架國產大飛機C919預計將于今年12月交付東方航空公司。今年9月底，C919已取得型號合格證，標志著中國企業向打破波音和空客的壟斷地位邁出了一步。
由于大規模采用先進材料，C919整體減重7%左右。對于國產客機的研制，關鍵之一就是要提高先進材料的應用水平，而復合材料用量是判斷民用客機先進性的重要標志。據悉，在 C919的“皮膚”上，第三代鋁鋰合金材料、先進復合材料的用量分別達8.8%和12%，而此前在ARJ客機上的應用量僅有1%。ARJ的新材料，用于非承力結構，而C919使用在機身后段以及平尾等承力部位。對標波音737和空客A320兩種型號的“競爭對手”，C919上先進復合材料的使用量也更多。
因此，C919被認為“在我國材料領域具有里程碑式的意義”。鋁鋰合金具有密度低、強度高且損傷容限性優良等特點，用它替代常規鋁合金材料，能夠使飛機構件的密度降低3%，重量減少10%?15%，剛度提高 15%?20%，因此被認為是新一代飛機較為理想的結構材料。C919大型客機采用的是第三代鋁鋰合金，該材料解決了第二代鋁鋰合金的各向異性問題，材料的屈服強度也提高了40%。C919飛機的機身蒙皮、長桁、地板梁、座 椅滑軌、邊界梁、客艙地板支撐立柱等部件都使用了第三代鋁鋰合金，其機體結構重量占比達到7.4%，獲得綜合減重7%的收益，在國際上屬于領先水平。C919大型客機是國內首個使用T800級高強碳纖維復合材料的民機型號。相比T300級材料，T800級材料強度、模量更高，韌性更強，具備更好的抗沖擊性，C919上受力較大的部件，如后機身和平垂尾等都使用了T800級碳纖維復合材料。T300屬于第一代民機復合材料，其樹脂基體為未增韌的脆性環氧樹脂基體，增強纖維為T300碳纖維，其拉伸強度約為3.5GPa，拉伸模量約為230GPa。T300呈現脆性材料性能特征，對沖擊載荷引起的分層損傷比較敏感，因此只能用于受力不大的次承力結構。C919上使用的T800材料采用增韌環氧樹脂基體，增強纖維為T800碳纖維，拉伸強度和拉伸模量較T300提高50%左右，也是目前國際上民機主承力結構應用最為廣泛的復合材料。相比碳纖維復合材料，玻璃纖維復合材料的力學性能稍低，但由于碳纖維介電常數較高，會影響雷達工作，C919大型客機的雷達罩使用了玻璃纖維復合材料。另外一些受力較小的部件，如襟翼也使用了玻璃纖維復合材料。因為玻璃纖維復合材料成本比碳纖維復合材料低，在受力較小的部件上應用，既可以達到設計要求，又可以降低制造成本。C919大型客機艙門和客貨艙地板使用了芳綸蜂窩材料，這是一種采用酚醛樹脂浸漬的芳綸紙制成的輕質高強非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設計，具有穩定、輕質的結構和很高的比強度，與泡沫芯材相比，它具有更高的剪切強度，與金屬蜂窩相比，它更加耐腐蝕。同時，芳綸蜂窩材料還具有高韌性、良好的抗疲勞性能和防火性能，是一種比較理想的民機復合材料。
航空發動機作為“航空之花”，可以說是航空技術和工業積累的完整體驗。C919的發動機為LEAP-X1C發動機。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復合材料風扇葉片以及美國通用電氣公司研制的陶瓷基復合材料渦輪部件。芳砜綸簡稱PSA纖維，由聚砜酰胺組成。其主要特點是優良的電絕緣性和耐熱性,此外，阻燃性高,極限氧指數超過30%，耐化學穩定性好,除了幾種極性很強的溶劑和濃硫酸之外，在常溫下對化學品均具有良好的穩定性。芳砜綸不僅可以制作多種耐高溫濾材和高溫高壓電器中的絕緣材料,而且還可加工成運輸工具中的高級阻燃織物等。據悉，C919機艙內部將首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾，將使得飛機減重30公斤以上，每架飛機能夠節省超萬元成本。其實飛機輪胎所使用的材料與汽車輪胎基本相同，主要區別則來自飛機輪胎采用了更高強度的橡膠化合物，以至于飛機輪胎能被充氣到200磅/平方英寸的氣壓，這相當于汽車輪胎氣壓的6倍，C919使用的就是來自米其林的Air X子午線輪胎。此外，國產大飛機C919在雷達罩、機翼前后緣、活動翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后機身、尾翼等主承力和次承力結構上使用了復合材料，占全機結構總重的比例達11.5%。這是中國民用航空制造領域第一次在主承力結構、高溫區、增壓區使用復合材料，并且實現了T800級高強碳纖維增韌復合材料的應用，可以說為復合材料在民機制造領域的應用積累了寶貴的工程實踐經驗。
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