一文了解C919大飛機(jī)選用了哪些新材料?

5月14日6時(shí)52分，編號(hào)為B-001J的C919大飛機(jī)從上海浦東機(jī)場(chǎng)第4跑道起飛，于9時(shí)54分安全降落，這標(biāo)志著中國(guó)商飛公司即將交付首家用戶的首架C919大飛機(jī)首次飛行試驗(yàn)圓滿完成。

在3小時(shí)2分鐘的飛行中，試飛員與試飛工程師協(xié)調(diào)配合，完成了預(yù)定的各項(xiàng)任務(wù)，飛機(jī)狀態(tài)及性能良好。目前，C919大飛機(jī)試飛取證和交付準(zhǔn)備工作正在有序推進(jìn)。

根據(jù)介紹，由于大規(guī)模采用先進(jìn)材料，C919整體減重7%左右。對(duì)于國(guó)產(chǎn)客機(jī)的研制，關(guān)鍵之一就是要提高先進(jìn)材料的應(yīng)用水平，而復(fù)合材料用量是判斷民用客機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。

據(jù)悉，在 C919的“皮膚”上，第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料的用量分別達(dá)8.8%和12%，而此前在ARJ客機(jī)上的應(yīng)用量?jī)H有1%。ARJ的新材料，用于非承力結(jié)構(gòu)，而C919使用在機(jī)身后段以及平尾等承力部位。對(duì)標(biāo)波音737和空客A320兩種型號(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”，C919上先進(jìn)復(fù)合材料的使用量也更多。

因此，C919被認(rèn)為“在我國(guó)材料領(lǐng)域具有里程碑式的意義”。

下面讓我們來(lái)看看C919的選材之道。

1?第三代鋁鋰合金

鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高且損傷容限性優(yōu)良等特點(diǎn)，用它替代常規(guī)鋁合金材料，能夠使飛機(jī)構(gòu)件的密度降低3%，重量減少10%?15%，剛度提高 15%?20%，因此被認(rèn)為是新一代飛機(jī)較為理想的結(jié)構(gòu)材料。

C919大型客機(jī)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(wèn)題，材料的屈服強(qiáng)度也提高了40%。C919飛機(jī)的機(jī)身蒙皮、長(zhǎng)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(jī)體結(jié)構(gòu)重量占比達(dá)到7.4%，獲得綜合減重7%的收益，在國(guó)際上屬于領(lǐng)先水平。

2?T800級(jí)碳纖維復(fù)合材料

C919大型客機(jī)是國(guó)內(nèi)首個(gè)使用T800級(jí)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的民機(jī)型號(hào)。相比T300級(jí)材料，T800級(jí)材料強(qiáng)度、模量更高，韌性更強(qiáng)，具備更好的抗沖擊性，C919上受力較大的部件，如后機(jī)身和平垂尾等都使用了T800級(jí)碳纖維復(fù)合材料。

T300屬于第一代民機(jī)復(fù)合材料，其樹(shù)脂基體為未增韌的脆性環(huán)氧樹(shù)脂基體，增強(qiáng)纖維為T300碳纖維，其拉伸強(qiáng)度約為3.5GPa，拉伸模量約為230GPa。T300呈現(xiàn)脆性材料性能特征，對(duì)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(jié)構(gòu)。C919上使用的T800材料采用增韌環(huán)氧樹(shù)脂基體，增強(qiáng)纖維為T800碳纖維，拉伸強(qiáng)度和拉伸模量較T300提高50%左右，也是目前國(guó)際上民機(jī)主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的復(fù)合材料。

3?玻璃纖維復(fù)合材料

相比碳纖維復(fù)合材料，玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能稍低，但由于碳纖維介電常數(shù)較高，會(huì)影響雷達(dá)工作，C919大型客機(jī)的雷達(dá)罩使用了玻璃纖維復(fù)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(fù)合材料。因?yàn)椴ＡЮw維復(fù)合材料成本比碳纖維復(fù)合材料低，在受力較小的部件上應(yīng)用，既可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，又可以降低制造成本。

4?芳綸蜂窩材料

C919大型客機(jī)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(shù)脂浸漬的芳綸紙制成的輕質(zhì)高強(qiáng)非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設(shè)計(jì)，具有穩(wěn)定、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)和很高的比強(qiáng)度，與泡沫芯材相比，它具有更高的剪切強(qiáng)度，與金屬蜂窩相比，它更加耐腐蝕。

同時(shí)，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(jī)復(fù)合材料。

5?碳纖維復(fù)材及陶瓷基復(fù)材

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為“航空之花”，可以說(shuō)是航空技術(shù)和工業(yè)積累的完整體驗(yàn)。C919的發(fā)動(dòng)機(jī)為L(zhǎng)EAP-X1C發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片以及美國(guó)通用電氣公司研制的陶瓷基復(fù)合材料渦輪部件。?

6?芳砜綸纖維

芳砜綸簡(jiǎn)稱PSA纖維，由聚砜酰胺組成。其主要特點(diǎn)是優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性,此外，阻燃性高,極限氧指數(shù)超過(guò)30%，耐化學(xué)穩(wěn)定性好,除了幾種極性很強(qiáng)的溶劑和濃硫酸之外，在常溫下對(duì)化學(xué)品均具有良好的穩(wěn)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(yùn)輸工具中的高級(jí)阻燃織物等。

據(jù)悉，C919機(jī)艙內(nèi)部將首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾，將使得飛機(jī)減重30公斤以上，每架飛機(jī)能夠節(jié)省超萬(wàn)元成本。?

7?橡膠化合物

其實(shí)飛機(jī)輪胎所使用的材料與汽車輪胎基本相同，主要區(qū)別則來(lái)自飛機(jī)輪胎采用了更高強(qiáng)度的橡膠化合物，以至于飛機(jī)輪胎能被充氣到200磅/平方英寸的氣壓，這相當(dāng)于汽車輪胎氣壓的6倍，C919使用的就是來(lái)自米其林的Air X子午線輪胎。

結(jié)語(yǔ)

此外，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919在雷達(dá)罩、機(jī)翼前后緣、活動(dòng)翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后機(jī)身、尾翼等主承力和次承力結(jié)構(gòu)上使用了復(fù)合材料，占全機(jī)結(jié)構(gòu)總重的比例達(dá)11.5%。

這是中國(guó)民用航空制造領(lǐng)域第一次在主承力結(jié)構(gòu)、高溫區(qū)、增壓區(qū)使用復(fù)合材料，并且實(shí)現(xiàn)了T800級(jí)高強(qiáng)碳纖維增韌復(fù)合材料的應(yīng)用，可以說(shuō)為復(fù)合材料在民機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用積累了寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

來(lái)源：央視新聞、環(huán)球塑化、碳纖維生產(chǎn)技術(shù)、化工新材料等