先进复合材料在航空领域的演变历程 复材云集|复合材料

林登-布鲁是一位航空先驱者,其在航空航天业积累了深厚的履历。包括Beech飞机制造公司首席执行官、Raytheon公司董事、Lear飞机有限公司首席执行官、Gates Lear喷气机公司执行副总裁兼总经理以及Spectrum航空总经理等。现任圣地亚哥通用原子公司副主席及企业所有者。

近日,布鲁先生接受了CM杂志采访,分享了关于复合材料演变和航空航天未来发展的想法。

复合材料—航空领域里更好的方式

布鲁先生表示,与所有金属–铝、钛、钢比,复合材料的物理特性非常引人注目。而其最大的优势就是摆脱了紧固件。这就是飞机制造能够减轻重量和节省劳动力的地方。

在采访过程中也讲述了其在lear公司的经历过程。Lear公司早期制造飞机,基本采用铝合金。当你走进工厂后,就会听到你会听到当你铝和铆钉枪制造飞机的嘈杂声。当你看到它的劳动强度时,就会梦想未来一定有更好的生产方法替代。而在复合材料方面的工作开展就是更好的方法。

后来布鲁先生参观了俄亥俄州的[Learjet]Aeronca工厂,了解他们喷气机的反推器。在这个过程中,看到此工厂为707或747飞机制造了一个复合襟翼轨道整流罩。那个部件非常大,大约是他们喷气机机身的大小。事实上,其形状很像他们的喷气机机身。看到他们是如何制造复合材料,想到自己工厂,听到铆钉枪的声音,看到在材料上吹孔和装上铆钉的困难,以及所有的质量控制因素,这对布鲁先生而言是一个相当大的启示。

这是一个将现有技术与需求相匹配的问题。在这种情况下,布鲁先生认为Lear喷气机需要一种更经济的25型[高速商务喷气机]版本。在公司内成为第一批将小翼应用到Lear飞机上的人。Learjet的优势是能够增加机翼面积的长宽比,并以更小的推力来实现。

采用新技术

在涡轮螺旋桨飞机是我们使用了第一代复合材料。我们基本上是在尝试用复合材料制造金属部件。在这之前,已经用复合材料做了一个起落架舱门。但做整个飞机的想法是一个巨大的挑战与进步。第一代产品中,制造CFRP部件时,会在实际过程中发现铝的大部分缺点以及复合材料的少量优点。因此,就会寻求更好的解决方案。

第二代是蜂窝状夹层板,这是在Beech公司星际飞船项目中使用的技术。蜂窝状夹层板很好,但没有得到应有的减重效果,而且还有其他问题。三明治板在许多方面都很好,但它们也有很多局限性。

第三代是产品是787所做的,比蜂窝状三明治板的技术有了极大的改进。在787飞机努力用复合材料制造整个机身之前,蜂窝状夹层板已经被用于一些大飞机的垂直稳定器。

787只是一架更好的飞机。除了复合材料之外,它的主要优势之一是与同样大小的777相比,紧固件的数量减少了100倍。当你把组装飞机的东西减少100倍时,可以节省大量时间,避免你在材料上钻孔时遇到的问题。

下一代复合材料

在第四代中,紧固件有可能再减少10倍,这将使你的紧固件比传统铝材少1000倍。这就是我们使用spectrum公务机上所做的。它还没有完成或认证,但它有很大的前景。而且,它取代了紧固件,主要依赖于共固化—在固化过程中制作大型部件,使其均匀地组合在一起。

也许第五代将开始更多地使用热塑性塑料。热塑性塑料具有较低的击穿系数和在非常高的温度下将结构焊接在一起的能力优势。这使你在组合部件时的完整性比共固化或粘合好得多。我不能说热塑性塑料已经准备好在所有方面进行竞争,但在这方面有很大的前景。

人工智能和无人机

人工智能是我们现在生活中离不开的一个因素。许多事情都由人工智能促成,比如你在汽车驾驶中得到的各种警告,主要是安全因素的提醒。因此,人工智能将会是在航空航天领域里一个日益增长的因素。

简单来讲,如果你依赖人工智能,你就有可能消除飞行员的工作量—甚至可能最终完全消除飞行员工作量。当你考虑到可能85%的飞机事故是由于飞行员失误造成的,如果你摆脱他们,你可能会增加安全系数。当然这只是极限假设。但是,如果飞行员在接近最低限度的时候降落喷气机,我还是希望有自动驾驶。有了人工智能,自动驾驶仪可以比飞行员自己做得更准确。

军事是先进复合材料的另一个巨大应用。我们的 “捕食者 “无人机之所以如此高效,是因为它们很轻,而且我们能够在不加油的情况下飞行长达48小时,这是一个了不起的成就。我认为我们刚刚开始看到无驾驶飞机的活动,在各种版本的军事行动中,我认为可以以更低的成本进行。

为未来飞机提供燃料

燃料的问题–氢气、电力或碳氢化合物,这仍然是非常悬而未决的问题。我认为所有的燃料都有其存在的价值。但我也相信,二氧化碳因素作为一个问题被高估。事实上,二氧化碳是使你在我们的生活中看到的一切都变绿的因素。它对植物生命至关重要。它对所有的生命都是必不可少。空气污染的问题主要是碳微粒,而不是二氧化碳。

即便如此,氢气是一种天然燃料,宇宙中也有大量这样的燃料。当然,电能也有其优势。但是,在液体燃料,即喷气燃料中的能量–你可以得到的能量至少是你用电池所能得到的20倍,甚至可能高达50倍。电池将继续改进,但对于长航时飞机来说,这种技术还未出现。

问答环节

主持人: 你认为航空航天业接下来需要做哪些事情,以利用第五代复合材料与第四代不同的优势?

布鲁:正如我所提到的,第五代的主要优势是减少击穿因素,对高湿度和高温的击穿。而热塑性塑料给你带来的,可能高达20%。如果你制造飞机,你必须考虑这种改进。这是不断创新的组合,特别是复合材料,因为强度和刚度的固有物理特性对设计飞机至关重要。

主持人:你提到了人工智能和智能复合材料,以及了解系统中任何时候发生的事情。要收集所有这些信息的能力,阅读并记录它们,以便改善飞机的性能,几乎在任何时候。这是很复杂的。

布鲁:首先,要有乐趣。没有什么比制造更好的各种产品更有趣的了。但是,正如我先前所说,你必须把它与现实主义结合起来。我们甚至没有谈及高压釜,以及新的树脂系统对可能是高压釜之外工艺中的潜力。而这意味着更低的成本、更少的时间和也许更好的产品结果。

主持人:你认为在市场拉动方面,先进的空中机动性的首批应用将是什么?

布鲁:我想这是先进空中机动性的城市部分。同样,天气因素是我仍然感到不舒服的事情。天气好的时候,飞行是很好的,但如果你没有准备好应对恶劣的天气,你会遇到很多麻烦。而不幸的是,天气是我们都必须面对的一个因素。

我想,从理论上讲,控制空中机动车比控制无人驾驶的汽车要容易。这两种技术也许是相辅相成。如果我们能够证明自动驾驶汽车是有效的,并产生一个更好的安全结果,这将告诉你它可能适用于飞机。但是与此同时,我不想乘坐一架完全没有飞行员的飞机。

用于军事用途的遥控飞机是另一回事。他们在耐力方面他们具有优势,而且不必担心飞行员的身体需求。我相信远程和无驾驶人工智能能支持这些车辆的使用。但我们还没有完全达到这个目标。我们会到达那里吗?我想说,几乎可以肯定的是,我们会。

声明:本站部分文章内容及图片转载于互联网、内容不代表本站观点,如有内容涉及侵权,请您立即联系本站删除。

上一篇 2022年 9月 1日
下一篇 2022年 9月 1日

相关推荐

发表回复

登录后才能评论