用热塑性碳纤维制作飞机储物箱是否值得?
热塑性碳纤维是一种高级的轻量化复合材料,根据碳纤维增强体部分的形态而呈现出高低不等的机械性能,其中以连续碳纤维增强热塑性复合材料最为出色。目前热塑性碳纤维复合材料更倾向于应用在航空航天、高端医疗、轨道交通等领域,本文讨论的是将该型复合材料制成航空飞机的储物箱是否值得推崇。
热塑性碳纤维复合材料可制作飞机储物箱吗?
从设计、制造和适用性角度来看,将热塑性碳纤维加工成飞机储物箱是完全可以实现的,而且已经有了类似的应用案例,不过使用的多为短切碳纤维增强的热塑性复合材料。这是因为飞机储物箱并非主承重或次承重结构部件,短切碳纤维增强的热塑性碳纤维复合材料完全可以胜任,加上短切碳纤维具备的多向强度的提升,是比较不错的选择。
热塑性碳纤维复合材料具备很多有点,如高抗拉强度、高弹性模量、极高的抗疲劳特性等。高强度和刚度可以使得飞机储物箱在飞行过程中承担一定的载荷,加上自身重量很轻,可以降低部分机组载重。
另外热塑性复合材料的设计和制造较为灵活,可以使用各种技术进行模制和成型,例如压缩成型或热成型,从而实现复杂的形状。如果发生损坏,热塑性复合材料可以加热并重塑,与热固性复合材料相比,修复更容易、更高效。
此外,热塑性复合材料具有良好的耐湿性、耐化学品性和耐紫外线辐射性,这是飞机应用的重要考虑因素。它们可以承受环境因素的影响,并在较长的使用寿命内保持其机械性能。
用热塑性碳纤维制作飞机储物箱性价比如何?
原先的飞机储物箱更多的采用铝合金材料制成,重量上虽然提升了不少,但铝合金本身的价格远低于热塑性碳纤维复合材料,那后者的性价比会不会太低了呢?如果只从原材料价格方面来看,铝合金确实很不错,但从飞机整体性能来看,可能会有不同的结果。
首先,与铝等传统材料相比,热塑性复合材料可以减轻重量。飞机部件重量的减轻可以节省燃料并提高效率。尤其是碳纤维复合材料,具有出色的强度重量比,可实现轻质而坚固的结构。
其次,热塑性复合材料在加工和制造方面具有优势。这些材料可以使用各种技术模制或成型,例如压缩成型或热成型,与传统材料所需的更复杂的制造工艺相比,这些技术更具成本效益。此外,热塑性复合材料的生产周期更短,从而提高制造速度并可能降低劳动力成本。
此外,与热固性复合材料相比,热塑性复合材料可以提供改进的可修复性。如果发生损坏或磨损,热塑性复合材料可以被加热并重塑,从而简化并可能降低维修成本。
当然一架大型飞机拥有成千上万个零部件,储物箱只是其中的一小部分,想要平衡性能和造价,需要考虑的因素还有很多。热塑性碳纤维给大飞机的构造提供了一种新的选择,随着碳纤维产业的发展,原材料的价格会逐步下调,本文讨论的性价比可能会得到一个更好的答案。
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