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通用飞机与复合材料

 

一般认为,通用航空是指干线和支线定期(qī)航班客货运输以(yǐ)及出租飞机公司(sī)经营的空运业务以外的所有民用航空活动。目前(qián),各国对通用(yòng)航空的定义说法不一,实际上还没有一个(gè)统一的严格的有关通用航空的定义。通用航(háng)空是民用航空的重要组(zǔ)成部分,通用航空的发展水平是一(yī)个国家科学技(jì)术(shù)发(fā)展水平、经济发展水(shuǐ)平和人民生活水平高低的重要标志,在社(shè)会和经济发展中(zhōng)有着重要地位。 

通用飞机可(kě)以通俗(sú)地理解为用(yòng)于通用航空飞行的飞(fēi)机(jī),由于通用飞机(jī)的(de)用途广泛,飞机的结构特点各有不(bú)同,大致可划分为(wéi)运动飞机、公务机、农林飞机、多用途飞机等。 

随(suí)着先进复(fù)合材料及其加(jiā)工技术(shù)的快速发展(zhǎn),在通用飞机制造(zào)领域,新型飞机(jī)开始越来越(yuè)多(duō)地使用先(xiān)进复合材料,本(běn)文将介(jiè)绍(shào)几种类型的通用飞(fēi)机,并对一(yī)些通用飞机的复合材料使用情况进行介绍(shào)。 

典型通(tōng)用飞(fēi)机及其复合材料的使用 

1小型(xíng)飞机(jī) 

小(xiǎo)型飞机一般2~6座,大部分都只装一台活塞发动(dòng)机,主要用于(yú)飞行员培训、航(háng)空(kōng)运(yùn)动、空中游览、教育培训、文化体育、航(háng)空广告(gào)灯等。“小鹰”500飞机(jī)是(shì)具有我国自主知识(shí)产权(quán)的(de)轻型多用途飞机(jī),是一(yī)种按单驾(jià)驶(shǐ)体制、双操纵进行设计(jì)的前(qián)后两(liǎng)排(pái)并列式(shì)4~5座飞(fēi)机,这款飞(fēi)机的发动机罩(zhào)、尾锥(zhuī)和座舱部分侧(cè)蒙皮采用了玻璃纤维复(fù)合材(cái)料(liào)。美国西锐设(shè)计(jì)公司(Cirrus Design Co)以生产复合材料见长,其生产(chǎn)的SR20/SR22采用(yòng)活塞发动机的四座复合(hé)材(cái)料轻型飞机悬(xuán)臂式下单翼,翼尖上翻,为复合材料结(jié)构,机翼悬挂复(fù)合(hé)材料悬臂式缓冲主(zhǔ)支(zhī)柱,外(wài)带整流罩。G120A是德国Grob宇航公司的双座特技(jì)飞(fēi)行(háng)飞机,机身整体是(shì)由碳纤(xiān)维增强复合材料(liào)制成。 

2多(duō)用(yòng)途(tú)飞机 

多(duō)用途飞机是指可(kě)用于(yú)客货运输及其他(tā)社会服务的6~10座左(zuǒ)右的通用飞(fēi)机。1974年批量生产的(de)P-68,其机体(tǐ)大(dà)部分为金属结构,仅(jǐn)在机翼机身连接处整流(liú)包皮采用了玻(bō)璃纤维增强复合(hé)材料。随着材料技(jì)术的(de)发展(zhǎn),更多的(de)新材料和(hé)新(xīn)技(jì)术被应用,1991年首飞的PC-12来自瑞士派士飞(fēi)机公司,其(qí)T形尾翼采用了玻璃纤维增强复合材(cái)料,而(ér)尾翼的背(bèi)鳍(qí)和腹鳍则采用凯夫拉纤(xiān)维增(zēng)强蜂窝板(bǎn)夹(jiá)层复合(hé)材料。“探险(xiǎn)家”飞机更是采用先进计算机辅助模型设计和制造技术,可迅速转入批(pī)量生(shēng)产(chǎn),其(qí)机身为半硬壳式结(jié)构,由碳纤维复(fù)合(hé)材料(liào)制成的外壳和金(jīn)属(shǔ)骨架构成(chéng)。德(dé)国格罗布宇航公司制造的“SPn Utility Jet”,载客9人,空载(zǎi)重量在3630kg 以下(xià),航程在3400km,满载情况下起飞(fēi)跑(pǎo)道要求(qiú)仅为(wéi)915m,机(jī)身由法国播舍公司提供(gòng)的机制(zhì)织物(wù)(铺层角为0~90°、±45°)和单向纤维布制(zhì)成,基体为环氧树脂。 

3公务(wù)机 

越来越多的复合材料被用在了繁忙的公务机上,各国的飞机制造商则纷(fēn)纷研制新型的全复(fù)合(hé)材料公(gōng)务机抢占未(wèi)来市(shì)场。 

美国豪客比奇公司的“首相Ⅰ”,由于机(jī)身为碳纤维蜂窝(wō)复合(hé)材料结构(gòu),除去所有的整体(tǐ)机身框架,蒙皮(pí)仅厚20mm,相对(duì)于常规制造客舱(cāng)容积(jī)增加13%。 

亚当公司的(de)超轻型喷气机A700和装备了活塞发动(dòng)机的(de)A500,飞机大部分是(shì)由(yóu)碳纤维增(zēng)强Nomax 蜂(fēng)窝(wō)夹心复合(hé)材料制成(chéng),部分地方(fāng)使用(yòng)了(le)玻璃纤维(wéi)增强。以A700为例(lì),其载客数为(wéi) 6~7人,用AGATE认证(zhèng)的预浸料进行(háng)拼(pīn)接(预浸料来自东丽(lì)公司),并相应开发了可以对复(fù)合材料进行(háng)二(èr)次加工(gōng)的铣床。复合材料层合板是碳纤维或玻(bō)璃纤维织(zhī)物增强Nomax夹心材料,真空(kōng)袋成型,从机头到(dào)机尾的舱(cāng)壁、翼梁底座、窗户框和门(mén)框都是共固(gù)化成型的。翼梁则(zé)由单向(xiàng)碳纤维(wéi)增强复(fù)合材料(liào)制造而(ér)成,而(ér)翼梁抗剪腹板则(zé)是有多向的碳(tàn)纤维织物(wù)增强复合材料制(zhì)成。为了消除闪电击中的(de)电弧作用,燃(rán)料(liào)箱是由玻璃纤维增强复合材(cái)料制成,碳纤维翼(yì)梁与蒙皮之间也用了一层玻璃纤维隔开售价在100万(wàn)~250万美元。 

4农林飞机 

农林飞机多由轻(qīng)型飞机改(gǎi)装而来(lái),大多采(cǎi)用冷活塞发动机,要求能在土跑道(dào)起飞,超低空机动飞行(háng),成本(běn)低等,因此在(zài)农林飞机出现伊始,很多二战后(hòu)退役的飞机被改装成农(nóng)林(lín)飞机。 

农林飞机速度低,高度也低,并且要(yào)求控制成(chéng)本,因此一般不采用复合材料(liào)或者(zhě)仅采(cǎi)用玻璃纤维增强复合材料以减(jiǎn)轻重量,例如(rú)波兰飞(fēi)机和(hé)发(fā)动机(jī)工业(yè)集(jí)团华沙工厂研制的(de)PZL-106“渡鸦”采用了玻(bō)璃钢翼尖(jiān),机(jī)翼前缘缝翼采用了(le)泡沫芯材的(de)玻璃钢夹(jiá)层(céng)结构。农林(lín)飞机一(yī)般都携(xié)带(dài)有药箱,药箱则多为玻璃钢(gāng)结(jié)构,并在机身骨架涂有聚氨酯以防止腐蚀(shí)和防(fáng)尘。 

5水上飞(fēi)机(jī) 

水上飞机是能在水(shuǐ)面(miàn)上起飞、降落(luò)和停(tíng)泊的飞机(jī),其中(zhōng)有些也能(néng)在陆上机(jī)场起降。水上飞(fēi)机用途广泛,在民用(yòng)方面可用于运输(shū)、森林(lín)消防、航空旅游、飞播造(zào)林、医(yī)疗救(jiù)护等,比较有(yǒu)名的有中国的水轰5、日本的US-1、美国的PBY-5、加拿大的CL-415、俄罗斯的Be-103、昆(kūn)明(míng)劲鹰S1型汽油航测航拍水上无(wú)人机,值得一提的是(shì)多尼尔(ěr)海星马来西亚公司的“海星(xīng)”CD2,其复(fù)合材料用量很大,机(jī)翼为悬臂(bì)式下单翼,高升(shēng)力机翼外侧前缘下垂,采用玻璃(lí)纤维增强复合(hé)材(cái)料和泡沫夹心材料(liào),具(jù)有碳纤维增强复合材料制成的前、后梁,尾翼由玻璃钢制成(chéng),常(cháng)规(guī)尾(wěi)翼,装电(diàn)驱动可变安装(zhuāng)角平尾。 

6旋翼(yì)机 

旋(xuán)翼(yì)机(jī)是指(zhǐ)利用(yòng)动力驱动(dòng)的(de)旋转旋翼提供升力、推进力和操作力的(de)飞行器,目前通(tōng)用航空中(zhōng)使用的旋翼机(jī)主要是直(zhí)升机。 

旋翼机的(de)使用已经相当普遍,主要应(yīng)用领域有:旅(lǚ)客运输、海上油(yóu)井服务(wù)、渔(yú)业作业、紧急救援、环境监测、城(chéng)市治安管理、医疗救(jiù)护等等。现在新型的直升机(jī)几乎都采用了复合材料(liào)旋(xuán)翼(yì),机身也多在采用(yòng)复合材料代替(tì)部分(fèn)金属材料,比(bǐ)如(rú)昆明劲鹰1000型八轴航拍(pāi)航测(cè)无人机具有(yǒu)强化刚性的(de)机架结构机(jī)臂采用(yòng)内嵌(qiàn)硅胶线(xiàn)注(zhù)塑工艺,具有更(gèng)好的结构(gòu)刚性及工作稳定性,整个系(xì)统高度集成(chéng)化的(de)设(shè)计,使(shǐ)安装(zhuāng)调试工(gōng)作(zuò)变得(dé)更加简(jiǎn)单快捷,中心架具(jù)有更大的(de)可用空间,方(fāng)便安装及内(nèi)置各类航拍辅助设(shè)备,使(shǐ)您的航拍系统拥有更强的(de)美感。还(hái)有西科斯基飞机公司的S-924片桨叶全复合材料旋(xuán)翼,桨(jiǎng)尖(jiān)后掠,其机身(shēn)主要由铝和复合材料制(zhì)成,复合材料约占40%。欧洲直升(shēng)机公司的EC1354片桨(jiǎng)叶安装在可(kě)控复合材料柔性臂上,机(jī)身壳(ké)、框、舱门、水平安定(dìng)面(miàn)及端板均采用复合材料结构,复合(hé)材料大部分是芳纶或碳(tàn)纤维蜂窝结(jié)构。德(dé)事龙集团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)材料桨无铰(jiǎo)无(wú)轴承旋翼系统,旋(xuán)翼(yì)桨(jiǎng)叶(yè)由不(bú)锈(xiù)钢大梁、前(qián)缘包条和玻璃(lí)纤维增强复合材料蒙皮组成(chéng),在大梁(liáng)和后缘之间填充Nomax 蜂窝(wō)。在汶川大地震堰塞湖(hú)抢(qiǎng)险中立下(xià)大功的俄米26直升(shēng)机,其尾桨由片玻璃钢制桨叶组成。欧(ōu)洲直升机(jī)工业公(gōng)司的EH101使用了PMI聚甲基丙烯酰亚胺硬质(zhì)泡沫填充的直升机旋翼叶片,EH101还是新美国总(zǒng)统专机“海军一(yī)号(hào)”的备选机型,该(gāi)公(gōng)司的(de)EC135NH90也是用(yòng)了此项技(jì)术。另外,NH90的扭力臂和(hé)纵向推力杆的(de)中(zhōng)心凸耳RTM工(gōng)艺成(chéng)型,使用了(le)来自德国(guó)Heek-Nienborg的(de)机织织物预成型体。纤维使用东丽公(gōng)司的T300-12K碳纤维。 

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                                     (昆明劲(jìn)鹰(yīng)jy1000型八轴航拍(pāi)航测无人机)

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