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通用飞机与复合(hé)材料

 

一般认为,通用(yòng)航(háng)空是指干线和支线定期航班客货运输以及出租飞机公司经营的空运(yùn)业务以外的所有民用(yòng)航空活(huó)动(dòng)。目前,各国对通用航(háng)空的定义(yì)说法不一(yī),实(shí)际上还没有(yǒu)一个统(tǒng)一的严格(gé)的有关(guān)通用航空的定义。通用(yòng)航空是民用航空的重要组(zǔ)成(chéng)部分,通用航(háng)空的发(fā)展水平是一个国家(jiā)科学(xué)技术(shù)发展水平(píng)、经济发展水平和人民生(shēng)活(huó)水平高低的重要标志,在社(shè)会和经济(jì)发展中有着重要(yào)地位。 

通用(yòng)飞机可以(yǐ)通俗地理解为用于(yú)通用航空飞行的飞机,由(yóu)于通用飞机的用途广泛,飞(fēi)机的结构特(tè)点各有不同,大致可划分为(wéi)运动飞机、公(gōng)务机、农林(lín)飞(fēi)机、多用途(tú)飞机等。 

随着先进复合材料及其加工技术的(de)快速发(fā)展,在(zài)通(tōng)用(yòng)飞机制造领(lǐng)域,新型飞机(jī)开(kāi)始越来越(yuè)多地使(shǐ)用先进复合材料,本文(wén)将(jiāng)介绍(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(liào)使用情况进行介绍。 

典(diǎn)型(xíng)通用飞(fēi)机(jī)及其复合材(cái)料的使用 

1、小型飞机 

小型飞机一(yī)般2~6座,大部(bù)分都只装一台活(huó)塞发动机(jī),主要用于飞行员培训、航空运(yùn)动、空中游览(lǎn)、教育培训、文化体育、航空(kōng)广告灯等。“小(xiǎo)鹰”500飞机(jī)是具有(yǒu)我国(guó)自主知识产权的(de)轻型多(duō)用途(tú)飞机,是一种按(àn)单(dān)驾驶体制、双操纵进行(háng)设计的前后(hòu)两排并(bìng)列式4~5座(zuò)飞机,这款飞机的发动机罩、尾(wěi)锥和座舱(cāng)部分侧蒙皮采用了玻(bō)璃纤(xiān)维(wéi)复合(hé)材料。美国西锐设计公司(Cirrus Design Co)以生产(chǎn)复合材料(liào)见长,其生产的(de)SR20/SR22采用活塞发(fā)动机的四座(zuò)复合材料轻型飞(fēi)机悬臂式(shì)下单翼,翼尖上翻(fān),为复合材料结构,机翼悬挂复合材料(liào)悬臂式缓(huǎn)冲主支柱,外带(dài)整(zhěng)流罩。G120A是(shì)德国Grob宇航公司(sī)的(de)双(shuāng)座特技(jì)飞行飞机,机身整体是由碳(tàn)纤维增强复合材料制成。 

2、多用途飞机 

多用途(tú)飞(fēi)机是指(zhǐ)可用于客货运输及其他社会服务的6~10座左右的(de)通用飞机。1974年批量(liàng)生产的P-68,其机体大部(bù)分为金属结构,仅在机翼机身(shēn)连接处(chù)整(zhěng)流包皮(pí)采用了玻璃纤维增(zēng)强(qiáng)复(fù)合材料。随着(zhe)材料技(jì)术的发展,更多的新材料和(hé)新技术(shù)被应用,1991年首飞的(de)PC-12来自(zì)瑞(ruì)士派士飞机公(gōng)司,其T形尾翼采用了(le)玻璃纤维增强复合材料,而尾翼(yì)的背鳍和(hé)腹鳍则采用凯夫拉纤(xiān)维增强蜂窝(wō)板夹层复合材料。“探险(xiǎn)家”飞机更是(shì)采用先进计算(suàn)机辅助模型(xíng)设(shè)计和制造技术,可迅速转入批量生产,其(qí)机(jī)身为(wéi)半硬壳式结构,由碳纤维复合材料制(zhì)成的外壳和金属骨架(jià)构成。德国格(gé)罗布(bù)宇航公司制造的(de)“SPn Utility Jet”,载客9人,空(kōng)载重(chóng)量在3630kg 以下(xià),航程在3400km,满载情况下起(qǐ)飞跑(pǎo)道要求仅为(wéi)915m,机(jī)身由法国(guó)播舍公司提供(gòng)的机(jī)制织物(铺层(céng)角为(wéi)0~90°、±45°)和单(dān)向纤维布制成(chéng),基体为环氧树(shù)脂。 

3、公务(wù)机 

越来越多的(de)复合材料被用在了繁(fán)忙的公务机上,各国的飞(fēi)机制造商则纷纷研制新型的全(quán)复合材(cái)料(liào)公务机(jī)抢占未来市场。 

美国豪(háo)客比奇公司(sī)的(de)“首(shǒu)相Ⅰ”,由于机身为碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)蜂窝复合材(cái)料结构,除去(qù)所有的整体机身框架,蒙皮仅厚20mm,相对于常(cháng)规制造客舱容积增加(jiā)13%。 

亚当公司的超轻型喷气机A700和装备了活塞发动(dòng)机的(de)A500,飞机大部分是由碳纤维增强Nomax 蜂窝(wō)夹心(xīn)复合(hé)材料制成(chéng),部分地(dì)方使用了(le)玻璃纤维增强。以A700为(wéi)例(lì),其(qí)载客数为(wéi) 6~7人,用AGATE认(rèn)证的预浸料进行拼接(预浸料来(lái)自东丽公司),并(bìng)相应开发了(le)可(kě)以对复合材料进行二次加工的(de)铣(xǐ)床。复(fù)合(hé)材料层(céng)合板是碳纤(xiān)维或玻璃(lí)纤维织物增强Nomax夹心(xīn)材(cái)料,真空袋成型,从机头到机(jī)尾的舱壁、翼梁底(dǐ)座、窗户框和门框都是共(gòng)固化成型的。翼梁则(zé)由单向(xiàng)碳(tàn)纤(xiān)维增强复(fù)合材料制造(zào)而(ér)成,而翼梁(liáng)抗(kàng)剪腹板(bǎn)则(zé)是有多向(xiàng)的碳(tàn)纤维织(zhī)物增强(qiáng)复合材料制成。为(wéi)了消除闪电击中(zhōng)的电弧作用,燃(rán)料箱是由玻(bō)璃纤维增强复(fù)合材料制成,碳(tàn)纤维翼梁与蒙皮之间也用(yòng)了一层(céng)玻璃纤维隔开售价在100~250万美(měi)元。 

4、农林飞机 

农林飞机(jī)多(duō)由轻型(xíng)飞机改装(zhuāng)而来,大多采用冷活塞发动机(jī),要求(qiú)能在(zài)土(tǔ)跑(pǎo)道起飞,超低空机动飞行,成本低等,因此在农林(lín)飞机出现伊始,很多(duō)二战后退役的飞(fēi)机(jī)被改(gǎi)装成农林飞(fēi)机。 

农(nóng)林飞机速度(dù)低,高度也低,并(bìng)且要求控制成(chéng)本,因此一般(bān)不采用复合材料(liào)或者仅(jǐn)采用玻璃纤维(wéi)增强复合材料以(yǐ)减轻重量,例如波(bō)兰飞机和发动机工业集团华沙工厂研制的PZL-106“渡(dù)鸦(yā)”采(cǎi)用了(le)玻璃钢翼尖,机翼(yì)前缘缝翼采用(yòng)了泡沫芯材的玻璃钢夹层结构。农林飞机一般都(dōu)携带(dài)有药箱(xiāng),药箱则多为玻璃钢结(jié)构,并在机身骨架涂(tú)有聚氨酯以(yǐ)防止腐蚀和防尘。 

5、水上飞机 

水(shuǐ)上飞机是能在水面上起飞、降落和停(tíng)泊的(de)飞(fēi)机,其中有(yǒu)些也能在陆上(shàng)机场起降。水上飞机用(yòng)途广泛,在民用方面可用于(yú)运输(shū)、森林消防(fáng)、航(háng)空旅游、飞播造林、医疗救护等,比较有名的有中国的水轰5、日本(běn)的US-1、美国的PBY-5、加拿大的CL-415、俄罗斯(sī)的Be-103、昆明劲(jìn)鹰S1型汽油航测航(háng)拍水上无人机(jī),值得一提的是多(duō)尼尔海星马(mǎ)来西亚公(gōng)司的“海星(xīng)”CD2,其复(fù)合材料用量很大,机翼为悬臂式(shì)下单翼,高升力机翼外侧前缘下(xià)垂,采用玻璃纤维(wéi)增强复合材料和泡沫(mò)夹(jiá)心材料(liào),具有(yǒu)碳纤维增强复合材料制成的前(qián)、后梁(liáng),尾翼由玻璃钢制成,常(cháng)规尾(wěi)翼(yì),装电驱动可变安装(zhuāng)角平尾。 

6、旋翼(yì)机 

旋翼机是指利(lì)用(yòng)动力驱动的(de)旋转旋翼提供升(shēng)力、推进(jìn)力和操作力的(de)飞(fēi)行器(qì),目前通用航空中使(shǐ)用(yòng)的旋翼机(jī)主要是(shì)直升(shēng)机。 

旋翼机(jī)的使用已(yǐ)经相当普遍,主要应(yīng)用领域有(yǒu):旅客运输、海上油井服务、渔业作业、紧急救(jiù)援、环境(jìng)监测、城市治安管理、医(yī)疗救护等(děng)等。现在新型的直(zhí)升机几(jǐ)乎都采用(yòng)了复(fù)合(hé)材料旋(xuán)翼,机身也多在采用复(fù)合材料代替部分金(jīn)属(shǔ)材料,比如昆明劲鹰1000型(xíng)八(bā)轴(zhóu)航(háng)拍航测(cè)无人机具(jù)有(yǒu)强化刚性的机架结构机臂采用内嵌硅胶(jiāo)线(xiàn)注塑工艺,具有更好的结构(gòu)刚性及工(gōng)作稳(wěn)定性,整个系(xì)统高(gāo)度集成化(huà)的设计(jì),使安装调试工作变得更加简单快(kuài)捷(jié),中心架(jià)具有(yǒu)更大的可用空间,方便安装(zhuāng)及内置各类航(háng)拍辅助设备,使您的航拍(pāi)系统拥(yōng)有(yǒu)更强的美(měi)感(gǎn)。还有(yǒu)西科(kē)斯基飞机公司的S-92,4片桨叶全复(fù)合材料(liào)旋(xuán)翼,桨尖后掠,其机身(shēn)主(zhǔ)要由铝和复(fù)合(hé)材(cái)料制成,复合(hé)材料约占40%。欧(ōu)洲直升机公司的EC135,4片桨叶安装在可(kě)控复合材料柔性臂上,机身壳、框、舱门(mén)、水平(píng)安定面(miàn)及端板均采用复合材料结构(gòu),复合材料(liào)大部分是(shì)芳纶或碳(tàn)纤维蜂窝结构。德事(shì)龙集团贝尔加(jiā)拿(ná)大直(zhí)升机公(gōng)司(sī)在贝尔(ěr)230基(jī)础(chǔ)上研制的贝尔(ěr)430采用全复合(hé)材料桨无铰无轴承旋翼(yì)系统,旋翼桨叶由不锈钢大梁(liáng)、前缘包条和玻璃纤维增强复合材料蒙皮组成,在(zài)大梁和后(hòu)缘之(zhī)间(jiān)填充Nomax 蜂窝。在汶(wèn)川大(dà)地震堰塞湖(hú)抢(qiǎng)险中立(lì)下大功的俄米26直升机,其尾桨由片玻璃钢制桨叶组(zǔ)成。欧(ōu)洲直升机工业公司的EH101使用(yòng)了PMI聚(jù)甲(jiǎ)基丙烯酰亚胺(àn)硬质(zhì)泡沫填充的(de)直(zhí)升机旋(xuán)翼叶片,EH101还是新美国总统专(zhuān)机“海军一号”的备选机型,该公(gōng)司(sī)的(de)EC135和(hé)NH90也是用了此项(xiàng)技术(shù)。另(lìng)外(wài),NH90的扭(niǔ)力臂和纵向(xiàng)推力杆(gǎn)的中心凸(tū)耳RTM工艺成型,使用了(le)来自(zì)德国Heek-Nienborg的机织(zhī)织物预成型体。纤(xiān)维使用(yòng)东丽公司(sī)的T300-12K碳纤维。 

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                                     (昆明劲(jìn)鹰jy1000型八轴航拍航(háng)测无人机(jī))

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