影響民航運輸燃油消耗的主 要因素 1. 飛機自身的燃油效率 燃油效率是影響民用飛機經(jīng)濟 性的關(guān)鍵因素， 提高飛機的燃油效率 能夠大大減少油耗， 緩解民航業(yè)對航 油需求日益增加的壓力。隨著高度成 熟的先進技術(shù)的應用， 現(xiàn)在的亞聲速 運輸機的燃油效率與 50 年前相比提 高了 60%， 這主要是通過降低發(fā)動機 減小飛機使用空重來實現(xiàn)的。
作為先進客機的代表， A380 和波 先進 音 787 均以其卓越的氣動性能、 實 的結(jié)構(gòu)材料、高性能的推進系統(tǒng)， 低成本的承諾。例如， 為 現(xiàn)了低油耗、 A380 研 制 的 新 一 代 渦 扇 發(fā) 動 機 GP7200 和 湍 達 900， 增 壓 比 提 高 到 40， 涵道比提高到 9， 這大大改善了發(fā) 動機的熱效率和推進效率， 降低了單 位燃油消耗率； 而復合材料的應用使 A380 比使用傳統(tǒng)材料尺寸相似的飛 機 輕 了 15 噸 。正 是 由 于 這 些 改 進 ， A380 的每座油耗和每座運行成本與 波音 747- 400 相比， 分別降低了 17% 價格的持續(xù)飆升以及環(huán)境污染 問題的日趨嚴重， 如何在安全運行的 前提下，盡可能地減少燃油消耗， 提 高航空公司的效益成為民航業(yè)關(guān)注 隨著我國民航運輸量 的焦點。目前， 的不斷增加， 燃油消耗呈現(xiàn)出持續(xù)增 長的態(tài)勢。表 1 統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示， 2006 年 民 航 運輸 企 業(yè) 實 際 耗 油 量 已 經(jīng)超過 1000 萬噸，與 1997 年相比增 長了 2 倍。
而從每換算噸公里耗油量 和每 飛 行 小 時 耗 油 量 呈 逐 年 下 降 的 趨勢可以看出中國民航在降低燃油 消耗方面所做出的不懈努力。本文將 對影 響 民 航 運 輸 燃 油 消 耗 的 主 要 因 的耗油率、提高展弦比及氣動效率、 和 20%。在注重效率、 節(jié)能、 環(huán)保的時 料利用率高，許多機身框架選用擠壓 成 件。為了保持強度水平高于需求值， 形過程是一個難點。 為此 Alcan 采取專 用的新的狀態(tài) 2024- T432，其強度比 2024 高出 10%，同時還有非常令人滿 意的彎曲性能。目前蒙特利爾－尤格 勒擠壓廠生產(chǎn)這種擠壓件。 鋁鋰合金 鋁鋰合金產(chǎn)品的供應為 A380 提 供了機遇。初期的研究涉及先進的第 三代鋁鋰合金擠壓件在主駕駛艙地板 Alcan 對 2196 合金在 上的應用。為此， T8 狀態(tài)進行了驗證及生產(chǎn)。AA2196 是含鋰量高的 Weldalite 系的合金， 密 度為 2.63g/cm 。 3 未來的合金開發(fā) 由綜合產(chǎn)品團隊開創(chuàng)的研發(fā)工作 導致更先進合金的設計，其中包括三 代鋁鋰低密度合金以及創(chuàng)新的設計方 案。必要時， 這些成果有可能用在未來 一 的 A380 及其他機體上。可以肯定， 些新的理念， 例如， 性能的局部剪截或 損傷包容性，加上新的低密度合金以 及創(chuàng)新的連接技術(shù)為飛機的金屬結(jié)構(gòu) 提供了光明的未來。 □ A380- 800 及 800F 從 Alcan 開 發(fā) 的機翼及機身合金取得成果，參見附 表。一些老合金如 2024、 7010、 7050 或 7075 在飛機上只有少量應用。
A380的壽命要達到40-50年，因此必須選用先進且新型材料和工藝技術(shù)，為未來飛機搭建技術(shù)平臺。這些技術(shù)不僅經(jīng)過了大量全尺寸試驗驗證而且經(jīng)過了航空公司維修專家的評審（符合檢查和維修標準）。
A380結(jié)構(gòu)設計準則（見圖1）。重復的拉伸載荷加上載荷的變化將會在金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生微小的疲勞裂紋。裂紋增長速度以及殘余強度（當裂紋產(chǎn)生時）將指導選擇何種材料。為了防止結(jié)構(gòu)由外物損傷，需要考慮材料的損傷容限性能。
壓力載荷需要考慮采用屈服強度和剛度好的材料，以增加穩(wěn)定性。抗腐蝕能力是選擇材料和工藝的另一個重要準則，尤其是在機身下部。選擇材料和工藝目標的一部分是使結(jié)構(gòu)輕量化。因此，復合材料是很好的選擇，但必須了解設計準則和維修需要。材料的選擇不僅僅是考慮設計準則，同時還要考慮生產(chǎn)成本和采購問題。
1. 新型且先進的金屬材料
從A380選材的分布來看（見圖2），鋁合金占的比重最大，達機體結(jié)構(gòu)重量的61%，因此要實現(xiàn)性能改進，必須開發(fā)創(chuàng)新的鋁合金材料和工藝技術(shù)，具體是提高強度和損傷容限，加強穩(wěn)定性并提高抗腐蝕能力。尤其是在A380機翼部位（機翼的80%以上是鋁合金材料）要提高性能。
A380-800飛機在鋁合金結(jié)構(gòu)上取得的主要成就包括：
·在機身壁板上引用了很寬的鈑金材料，減少了連接件從而減輕了重量；
·在主地板橫梁上采用了先進的鋁鋰合金擠壓件，在這一部位的應用可與碳纖維增強塑料相媲美；
·在機翼大梁和翼肋上選擇了新型7085合金，這種合金在很薄的板材和很大鍛件上性能優(yōu)于通常的高強度合金；鈦合金由于具有高強度、低密度，高損傷容限和抗腐蝕能力使其代替鋼而廣泛應用，但是它的高價格使其應用受到限制。在A380的結(jié)構(gòu)中，鈦合金用量較空中客車其它機型有所增加，達到10%。僅僅掛架和起落架的鈦合金用量就增加了2%。
·A380掛架的主要結(jié)構(gòu)是空中客車公司第一次采用全鈦設計。在A380飛機上采用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V，在B退火狀態(tài)下最大的斷裂韌性和最小的裂紋增長速度。
·在A380上第一次采用了新型鈦合金VST55531，這種新的鈦合金是空中客車公司與俄羅斯制造商共同開發(fā)的，能夠為設計者提供良好的斷裂韌性和高強度綜合性能。這種合金目前用于A380飛機的機翼和掛架之間的連接件，進一步的應用還在研究當中。
2. A380復合材料的應用
A380復合材料的主要應用見下圖3。
A380是空中客車第一次大范圍在大型民用運輸機上應用復合材料的飛機。在空中客車公司，A310是第一次在襟翼盒上應用復合材料的飛機；A320是投產(chǎn)的第一架全復合材料尾翼飛機；A340飛機的機翼的13%重量是復合材料；而A340/500-600則采用了碳纖維增強塑料龍骨梁。而A380飛機是空中客車第一次將碳纖維增強塑料（CFRP）應用于中央翼盒的飛機，這種結(jié)構(gòu)與鋁合金相比減重1.5噸。A380上的中央翼盒重8.8噸，其中5.3噸是復合材料。面臨的主要問題是翼根的連接和零件的厚度，復合材料零件的厚度能夠達到45mm。但是有生產(chǎn)A340/500-600則采用了碳纖維增強塑料龍骨梁（16m長，23mm厚，每根梁承載450噸）的經(jīng)驗。另外在A340-600飛機上還有襟翼翼盒、方向舵以及水平安定面和升降舵的整體復合材料設計經(jīng)驗。
A380飛機的CFRP水平尾翼與A310飛機的懸壁式機翼相近，而在中央翼盒上采用了合理的自動鋪帶技術(shù)。此外，上地板梁和后壓力隔框也采用了CFRP材料。這些零件的第一個采用了擠壓成形工藝，第二個試用了樹脂模浸漬工藝和自動纖維鋪放技術(shù)，最后由于形狀的原因，最后選擇了樹脂模浸漬工藝。在后機身非承壓部位由于是雙曲度壁板，所以采用了自動化纖維鋪放技術(shù)生產(chǎn)蒙皮壁板，高載荷承力框則采用高強鋁合金加工，而承載較小的框則采用RTM制造工藝。A380機翼固定前緣為熱塑性復合材料，能夠減重并節(jié)約成本。這項技術(shù)已經(jīng)在A340-600飛機上驗證，改善了損傷容限和可檢測性，進一步的應用還在研究中，例如應用于機身的次承力支架系統(tǒng)。
機翼后緣移動面采用了CFRP，并在難以用一般技術(shù)獲得的成形零件上采用了RTM技術(shù)，如移動面的鉸鏈和翼肋零件。內(nèi)側(cè)襟翼與增升裝置容易受到外來物的損傷，但考慮到減重問題，金屬結(jié)構(gòu)設計在這方面并不優(yōu)于復合材料設計。因此，在A380飛機的襟翼跟蹤梁的設計中采用了金屬與復合材料的混合結(jié)構(gòu)，在橫向壁板和次承力翼肋處用CFRP代替了鋁合金。另外，空中客車公司還首次將CFRP翼肋用于翼盒中代替鋁合金。最終在襟翼的中外翼部分、襟翼的整流罩以及擾流板和副翼上也采用了CFRP材料。
在夾層結(jié)構(gòu)方面，主要的創(chuàng)新是采用輕型蜂窩代替了原來使用的芳綸紙蜂窩。在A380上的典型應用包括腹部整流罩（超過300平方米）及地面這類大尺寸結(jié)構(gòu)件。用整體設計概念代替夾層結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，有可能在A380的機身和機翼起落架艙門上得到應用。
但是復合材料技術(shù)的應用必須在合理的成本下提供高的性能。因此，在A380飛機上采用了自動絲束鋪放、自動鋪帶、樹脂膜浸漬以及樹脂轉(zhuǎn)移成型這些低成本生產(chǎn)技術(shù)，不僅能夠生產(chǎn)大型復合材料零件，而且降低了裝配成本。
3. GLARE 技術(shù)（見圖4）
GLARE蒙皮用于A380飛機的上機身蒙皮。采用GLARE工藝技術(shù)可以實現(xiàn)局部增強，并且厚度變化可以通過一次固化實現(xiàn)。這種制造方法相對于鋁合金壁板來說可以增加機身寬度，從而減少了縱向壁板連接點。在機身上應用GLARE材料主要是由于其斷裂機械性能好，能夠顯著提高抗裂紋增長能力。另一方面，玻璃纖維與鋁合金相比彈性模量低，同樣厚度下與普通鋁合金Al2024相比剛性小15%。這是為什么在穩(wěn)定性和抗彎能力要求高的結(jié)構(gòu)零件中不選用GLARE材料的原因。GLARE材料相比鋁合金的另一個優(yōu)點是抗腐蝕及防火能力強，為此空中客車公司開展了許多局部及全尺寸樣件的試驗，以驗證這種新材料的性能。自從1999年10月以為，德國空軍就在A310多用途飛機的機身上采用了GLARE材料，該設計通過了驗證并且發(fā)布了相關(guān)的結(jié)構(gòu)修理手冊。在A380-800飛機蒙皮上應用了大約500平米的GLARE材料。GLARE材料的進一步應用還在研究中，有望替代尾翼前緣，從而改善鳥撞性能。
4. 激光焊（見圖5）
激光焊是空中客車公司在A318飛機上開發(fā)的用于機身下壁板制造工藝。該工藝在A380飛機上代替鉚接首先應用于下機身壁板的桁條，從而使結(jié)構(gòu)概念從組裝結(jié)構(gòu)過渡到整體結(jié)構(gòu)，減少了裂紋增長。激光焊技術(shù)的發(fā)展還促進了可焊合金Al6056和Al6013的發(fā)展。用激光焊接的壁板已經(jīng)過了壓力試驗并進行了單雙曲度壁板的驗證。結(jié)果證明該工藝不僅節(jié)約成本，而且提高抗腐蝕能力并可減重。激光焊在A380上的進一步應用可能是蒙皮與卡箍的連接部位以及起落架艙處的壓力隔框。
5. 結(jié)論
A380飛機的大部件結(jié)構(gòu)零件采用了新一代CFRP復合材料和先進的金屬材料，除了減重效果外，還能提供更具優(yōu)勢的使用可靠性，且維護和維修更簡便。主要創(chuàng)新包括：
·上機翼蒙皮采用了GLARE材料；
·在下機身蒙皮應用了6000系列鋁合金和激光焊接技術(shù)；
·中央翼盒為碳纖維增強塑料；
·開發(fā)了一種先進的鋁合金用于翼盒；
·采用了鋁鋰合金；
·采用了一種新型鈦合金并且提高了鈦相當于鋼的比例。
A380 飛機用鋁合金的開發(fā) Aluminum Alloy Development for the Airbus A380 ◎啟文 A380 飛機的尺寸大、 承受相 應 的載 荷 以 及 結(jié) 構(gòu) 重 應力的加工路線以及驗證工作，從合 金對切削加工的極好地響應來看， 效 果是成功的。 ● 7040- T7651 合金。 通過與切削加工轉(zhuǎn) 包商的合作，用 7040- T7651 制 造 兩 根世界最大的飛機翼梁： 內(nèi)側(cè)前梁及 內(nèi)側(cè)中央梁。 ● 量目標的確定，對合金性能提出了很 高的要求，在兩個主要的設計性能方 面必須要有改善。這兩個設計性能就 是靜態(tài)性能以及損傷容限。為了實現(xiàn) Alcan- 空客的綜合化項目 上述目標， 團隊合作對現(xiàn)有合金進行了改進及鑒 定， 同時開發(fā)了新的專用合金。 現(xiàn)有合金的改進 A380 結(jié)構(gòu)件的大尺寸要求用現(xiàn)有 合金能生產(chǎn)出規(guī)格更大或截面更大的 型材。AA7010/7050- T7651 就是這樣 一種合金， 其主要用途如下。 ● 7449 合金：在改進的現(xiàn)行先進 合金中， 有這種合金的擠壓件。機翼桁 條的大截面通過 Issoire 廠的專項工藝 雖然在 A340 上主 進行了驗證。此外， 要用蠕變成形， 而在 A380 上的卻采用 了冷機械成形。 合金在 W511 狀態(tài)下有 成形 的 能 力 并 達 到 所 要 求 的 性 能 水 準，已為此用小批量工件成功進行了 驗證。 ● 翼肋：翼肋主要要求靜強度及 模量。但為減重要求強度更高。原來 為 A340- 500/600 機 翼 壁 板 開 發(fā) 并 進 行 工業(yè)生產(chǎn)的高強度 7449 合金在過 時效狀態(tài)下試驗了 100mm 的規(guī)格。 結(jié) 果將 7449- T7651 選作 A380 的低厚度 （< 100mm 翼肋材料以及少數(shù)復合材 ） 料翼肋的緣條。 下翼面桁條：要求有較高的強 7349 合 金 ： 對 于 已 成 功 用 在 ● A340- 500/600 的機身加強筋， 座椅滑 軌以及其他部位的小截面的 7349 合 該合金經(jīng)驗證用于 A380 上的類似零 部件。 機翼合金的研發(fā) 須提高所有機翼結(jié)構(gòu)件的設計值， 因 此不得不開發(fā)新合金來制造機翼的主 桁條、 梁和肋。 要部件， 如壁板、 ● 度。由研發(fā)團隊進行了合金的開發(fā)， 導 致含鋯 2×××合金的出臺 （鋁協(xié)會注冊 得到提升， 2027- T351 被選作 A380 的 下翼面桁條材料。 ● 翼肋： 7010/50- T7651 是大多數(shù) 金，其零部件也需要進行驗證工作。 為 AA2027 。其斷裂韌性及疲勞強度 ） 現(xiàn)代空客飛機中用作翼梁及肋的傳統(tǒng) 合金。A380 的整體切削的內(nèi)側(cè)翼肋的 尺寸很大， 一般寬×長大約為 2.3×3.8 （m ， ） 其中某些承高載的翼肋厚度達到 200mm，因此要求對現(xiàn)有合金加以改 進達到最大規(guī)格要求。 ● 上翼面壁 板 ： A380- 800F 為 新 合金 AA7056 提供了驗證與生產(chǎn)的機 機型號稍有不同。機翼壁板合金要求 斷裂韌性有很大的改進， 從而減輕對 7056靜強度水平的要求。經(jīng)驗證， 7951 斷 襲 韌 性 比 7449 有 40% 的 改 板的基本材料。 ● 考慮到要滿足更高的性能標準， 遇， 這是因為貨機對設計的要求與客 上外側(cè)機翼： 傳統(tǒng)的桁條蒙皮鉚 接方案代之以用厚板切削出桁條與蒙 皮的方案。這就要求將相應的板材厚 度加大到 90mm，長寬尺寸達到 8×3 (m)。為此， Ravenswood 廠鑄出新的 在 大錠子，并進行相應的加工路線的驗 證，該廠是唯一能對如此大的厚板進 行拉伸處理的工廠。它采用了低殘余 翼梁 ： 要 求 比 7010/50- T7651 有更高的靜強度及斷裂韌性的合金， 進， 從而被選作 A380- 800F 上機翼壁 該合 金 還 應 有 好 的 冷 膨 脹 能 力 及 切 削 加 工 性 。 開 發(fā) 工 作 在 Ravenswood 廠 內(nèi) 進 行 ， 果 得 到高 強 度 、 斷 裂 結(jié) 高 韌性、低殘余應力、可冷膨脹的 下翼面壁板： 下翼面壁板需要有 高 的 斷 裂 韌 性 ， 因 此 Alcan 開 發(fā) 了 2024- T351 厚板，用作各種結(jié)構(gòu)件， 并 航空維修與工程 2008/ 6 29 工程與技術(shù) ENGINEERING & TECHNOLOGY 在最近擴大到 A330 的下翼面壁板。 對 它具 含鋯的 2027 合金也進行了開發(fā)， 有比 2024A- T351 改進的靜強度及韌 性，該合金用在 A380- 800F 的下翼面 外側(cè)壁板以及 A340- 600 中央翼盒下 部結(jié)構(gòu)。 ● 度的 6056- T78 合金薄板來代替密度 2.78g/cm 的 2024 合金，而 6056- T78 3 高塑性型的合金， 結(jié)果得到 6156 合金。 由于 6156 合金要有高強度， 需采用 T6 狀態(tài)，因此必須進行包鋁以避免晶間 腐蝕。 鑒于 6156 合金化學成分的 特 殊 性，開發(fā)了一種適于包鋁的材料以調(diào) 節(jié)包鋁層與基體的腐蝕電位。最后得 到空客驗證的包鋁的基體合金。 6156 的 斷 裂 韌 性 高 出 6156- T78 達 10%。目前正在 Issoire 薄板廠生產(chǎn) 6156 合金機身壁板，以便用于 A340500/600 及 A380 的壁板。 ● 已 用 在 A318 單 通 道 飛 機 的 一 些 壁 板上。 T78 狀態(tài)起初是為用于不經(jīng)包鋁 的薄板而開發(fā)的，后來又研究了小型 T78 擠壓件以驗證薄板與桁條是否可 以采用相同的 T78 時效工藝，從而使 時效處理。 ● 下機翼結(jié)構(gòu)： 第三代鋁鋰合金經(jīng) 批準用于 A380- 800 及 A380- 800F。 適 它在 Alcan Dubuc 鑄造廠鑄造并在最 近經(jīng)過驗證和進入生產(chǎn)。2050- T84 有 好的強度， 高的韌性和低的密度。 機身合金 Alcan 公 司 必 須 為 A380 機 身 結(jié) 構(gòu)開發(fā)一系列與以前非常不一樣的 合金。機身是許多承受不同類型載荷 的零件與型材的組合。空客選擇了激 ）將 加 強 筋 焊 在 壁 板 的 光束 焊 （LBW 蒙皮上。 ● 于作下機翼結(jié)構(gòu)的合金為 2050- T84， 板材與桁條組合件在焊后可成功進行 6156 合金：是為機身下蒙皮開 發(fā)的。由于 6056 合金的損傷容限性能 遠達不到設計規(guī)范要求，需開發(fā)一種 2024- T432 合金： 由于減重及材 Alcan 的先進合金在 A380- 800 及 A380- 800F 上的應用情況 半成品形式 厚板 合金狀態(tài) 7056- T7951 7449- T7951 2024A- T351 2050- T84 2027- T351 7010- T7651 上外翼壁板 大規(guī)格翼肋 7040- T7451 駕駛艙 機身主框架、 窗框、 配件 梁、 7449- T7651 7040- T7651 大截面 7449- T79511 2027- T3511 2196- T8511 小截面 7349- T6511 下翼面大規(guī)格翼肋 翼梁 （內(nèi)側(cè)前及中央 ） 上翼面桁條 下翼面桁條 地板梁 中央翼 座椅滑軌、 盒加強筋 7349- T76511 2024- HS- T432 6056- T78 6056- T6 2196- T8511 薄板 6056- T78 6156C1- T6 機身加強筋 機身框架 機身加強筋 機身加強筋 機身加強筋 地板結(jié)構(gòu)、 駕駛艙地板梁的壓力隔框 機身壁板 與 6056- T78 薄板連用 與 6156Cl- T6 薄板連用 上翼面 下機翼加強件 下機翼加強件 下翼面外側(cè)壁板 A380 上的應用 A380F 上的應用 上翼面壁板 7040- T7451 厚板合金：該合金 被選作幾種用途，如整體切削的主框 駕駛艙窗框、 梁及配件。它有經(jīng)明 架、 顯 改 進 的 靜 強 度 及 韌 性 ，因 此 優(yōu) 于 7010/7050- T74 合金。性能的改進是由 于低的溶質(zhì)含量(銅、 該含量經(jīng)優(yōu) 鎂)， 化正好低于溶解度極限，從而使其具 有高強度和好的斷裂韌性。此外， 該合 金是用一種殘余應力低的技術(shù)制造， 從而使切削加工時的變形最小。它也 是 代 替 鍛 件 的 低 成 本 方 案 。 7040T7451 是 在 Issoire 及 Ravenswood 兩 家工廠研制及驗證的，材料厚度達到 220mm。
如果你絞盡腦汁想減輕你所設計的物體的重量，而又不以犧牲強度為代價，你可以從創(chuàng)造世界上最大的商務飛機——空中客車A380的工程師們身上或多或少得到一些啟發(fā)。
A380長約73米，高約24.1 米，機身直徑約7.14米，它給世界大型噴氣式客機賦予了新的含義。A380上下的兩層加起來總共長能容納800多位乘客，可是航班的實際結(jié)構(gòu)是可乘坐550個乘客并且容納很多行李。2005年4月A380進行了首次測試飛行，并計劃于2006年年底投入商務運營，第一架A380將駛往新加坡。
的是復合材料技術(shù)的發(fā)展與進步意味著A380的設計者在選擇材料時不再會捉襟見肘。那么設計者是如何根據(jù)飛機每一部分的具體要求來選擇最佳的材料與之匹配呢？簡而言之，就是競爭！公司的高級復合材料運用和資格認證專家Roland Thevenin說：“我們把最好的材料工藝技術(shù)放在一起，對比優(yōu)劣，進行競爭篩選。”
與復合材料之間的競爭篩選一樣，殘酷的競爭評估使金屬與復合材料之間的爭奪異常激烈。一旦飛機投入商業(yè)運營，不但要考慮飛機的重量和關(guān)鍵的機械性能，而且還要綜合考慮費用、可生產(chǎn)性和可維護性。從A380的機身就可以看出這些材料競爭的結(jié)果，正如A380的設計分析主管Serge Rabois所描述的，A380機身結(jié)構(gòu)是由各種不同材料的最優(yōu)化組合所構(gòu)成的。
復合材料的改進
上面提到的大多數(shù)混合物都是由增強型塑料復合材料構(gòu)成的。Thevenin說，在A380的主要結(jié)構(gòu)中，22％是由各種不同的增強型塑料復合材料制成的，而且大部分是Hexcel公司和Cytec公司提供的碳纖維增強環(huán)氧樹脂。空中客車公司還在飛機的垂直尾翼上應用了少許增強型玻璃纖維環(huán)氧樹脂，同時在飛機的鼻錐體上應用了增強型石英環(huán)氧樹脂。由于結(jié)構(gòu)應用在很大程度上依賴于熱固樹脂合成材料，作為機翼的前沿的一部分，A380有一個J 型鼻錐，這是由增強型玻璃纖維PPS制成的。Thevenin指出，之所以用熱塑性塑料代替早期飛機上的鉚釘鋁結(jié)構(gòu)，是因為它可以使J型鼻錐體的外殼與加強板牢固地焊接在一起。
對空中客車的工程師們來說，復合材料不再是真正的火箭科學。從1985年制造的A310飛機開始，空中客車公司對在飛機的主要結(jié)構(gòu)上采用復合材料已經(jīng)有20多年的經(jīng)驗。從那個時候開始，公司逐漸將一些采用復合材料的附加結(jié)構(gòu)融入到每一架新飛機上。Thevenin 說：“為減小風險，我們一直在一步一步的努力當中。”
例如，已被證明的超大型尺寸復合材料設計會產(chǎn)生一個后果，那就是空中客車的工程師們不得不壓縮設計負載裕度。然而，對于過去那些尺寸較少且較低負載的復合結(jié)構(gòu)，工程師們比較奢侈地設計了較大的負載裕度。A380的部件尺寸讓這種奢侈無影無蹤。Thevenin說道：“我們現(xiàn)在沒有任何不必要的負載裕度。”
A380創(chuàng)造了一些新的紀錄，包括一些全新復合材料的應用，例如橫梁、上部機架、機翼翼肋、襟翼導軌都采用了新的復合材料。該客機上還有許多令人驚訝的CFRP結(jié)構(gòu)，尾翼和最大直徑超過6米的后機身就是由CFRP制造的。因此，體積為2.4×7×7.8立方米，重為22噸的中心翼盒擔當著飛機結(jié)構(gòu)中心的角色。機翼翼盒主要是由碳纖維復合材料再加上一些鋁制翼肋制成，在那些超過100個座位的商務飛機中，它是第一次被使用在A380上。
在所有這些復合材料的應用中，復合材料的性能特征不會讓任何一位工程師感到驚訝。Thevenin說：“當我們談到‘性能’這個詞時，主要是指重量和強度。”他估計對于一個給定的強度，復合材料結(jié)構(gòu)的重量要比相同的金屬結(jié)構(gòu)輕15%到25%，僅中心翼盒就要比相同的鋁制機翼翼盒輕3噸。
對于A380高負載部分使用的復合材料，這些沖擊敏感材料易被地面設備損壞，因此在設計時應避免在可能被破壞的部位應用它們。Thevenin說：“復合材料帶來了機遇，但是它本身也有局限。”
GLARE是一種由鋁和玻璃纖維層壓形成的另一種完全不同的復合材料，A380中另外3％的材料就是由它構(gòu)成的。這種叫做GLARE的金屬纖維層壓板由鋁交互層和玻璃環(huán)氧樹脂浸料組成。空中客車在A380上大約使用了5000平方英尺這種材料，主要用于機身上部外殼和尾翼的主邊緣。GLARE的重量和一種標準鋁片（2024 T3）相比，減輕了15％到30％，具體減輕量由GLARE層的類型和厚度決定。
例如，空中客車用到兩種GLARE：標準版本和高靜力強度版本，且每種版本的GLARE還具備改變纖維方向的功能。Rabois說道：“我們改變纖維方向已適應具體的載荷情況。”因此，空中客車使用不同的纖維方向來適應環(huán)繞壓力、軸載荷、雙軸載荷和剪應力載荷。“GLARE看上去同金屬一樣，卻能像復合材料一樣工作。”Rabois說，利用纖維方向可以使機械性能達到最優(yōu)。
從特性上來說，GLARE還有其他優(yōu)點。據(jù)Rabois介紹，纖維層具有防止裂縫的擴張和抗腐蝕性。另外纖維層增強了抗高溫性能，此時纖維起著保溫層的作用。最后Rabois指出通過開辟第二個載荷途徑，能夠提升纖維沖擊性能。
此材料在設計靈活性方面也得到好評。“使用鋁焊接技術(shù)，鉚釘孔的放置和大小會受到疲軟性能的限制，”Rabois指出，“GLARE對焊縫的放置沒有任何限制。”另外，這種材料允許在材料接合層插入大的面板。空中客車的設計中插入了兩個小面板并將其永久地接合起來。據(jù)Rabois所稱，這種方法免去了大量的鉚釘孔，也避免了與之相關(guān)的壓力問題。他說：“面板的大小只受限于高壓和運輸設備的大小。”
所有這些設計優(yōu)勢都不能以可修復性為代價。Rabois指出GLARE的修理幾乎和鋁一樣，只是有一些較小的步驟不同——例如沒有修整凹痕和使用碳化工具。
然而使用任何的材料，總是需要權(quán)衡利弊。對GLARE而言，它在硬度上是有欠缺的。這種材料與鋁片相比，彎曲系數(shù)低5到6個百分點。在個體結(jié)構(gòu)中硬度影響還不大，但是它會把載荷轉(zhuǎn)移到機身的其他部分。Rabois解釋說：“當你降低了一個結(jié)構(gòu)的承載系數(shù)，你實際上就給其他結(jié)構(gòu)帶來了負荷。”他繼續(xù)說道，在A380上，機身上部結(jié)構(gòu)系數(shù)較低，會把所有載荷中的一部分轉(zhuǎn)移到了機身下部。
接下來是成本問題。Rabois承認GLARE與標準的鋁相比，價格上“略為昂貴”。但他也指出，從每千克重量所節(jié)約的成本來看，GLARE和高級鋁合金的花費基本上是一樣的。它還涉及到一些維護的成本，例如可以省去檢查裂縫的環(huán)節(jié)，所以到頭來這還是一筆不錯的買賣。
增強型塑料、金屬層壓板元件和金屬合金之間的競爭看起來很好解決。空中客車的工程師只需要使每種材料的機械和物理特性與機身不同部分所承受的載荷情況相匹配就可以了。雖然考慮A380的尺寸和復雜性當然會比較困難，但是空中客車在材料選擇過程這方面還是夠簡單明了的。
然而，不同材料間的競爭往往同結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，且這些結(jié)構(gòu)最初可以用不只一種材料建造。Rabois指出：“我們知道沒有任何一種完美的材料對所有的結(jié)構(gòu)適用。”拿機身舉個例子，當考慮機械特性角度時，上部機殼和后機身可以由金屬、GLARE或CFRP三種材料構(gòu)成。同樣的，三種材料也需要稍后進行修理。
真正的決勝關(guān)鍵經(jīng)常要歸結(jié)到制造上。例如，先進的焊接技術(shù)的使用，對在一些結(jié)構(gòu)上選擇未知的金屬材料和設計是有利的。空中客車只考慮在A380上使用復合結(jié)構(gòu)，因為這樣會使他們出于領先地位。Thevenin說道：“制造業(yè)推進了我們的設計，反之亦然。”
他又補充道，特殊的復合材料會給人們提出一些特殊的挑戰(zhàn)，因為他們的特性是由制造過程決定的。他說：“對于復合材料而言，制造零件的同時也是在制造材料。”
空中客車讓分包商制造一些合成零件，而把真正有挑戰(zhàn)性的工作留給自己。位于法國南特市的復合材料中心的制造主管Christian Valade說：“我們集中精力制造最困難的零件。”其中“困難的”這個詞在復合材料領域中是指大的、厚的以及那些幾何結(jié)構(gòu)復雜的零件。南特市的公司處理所有這些零件，包括A380巨大的中心翼盒以及用于A340-600的巨大的（17米）、高載荷（500余噸）的龍骨橫梁。
近日在參觀中心的過程中，Valade指出一系列用于生產(chǎn)空中客車復合材料的專利制造技術(shù)。其中之一是自動停機機器，它采用了可以提高產(chǎn)量的專利雙頭設計，以及一個制造無縫結(jié)合環(huán)形機艙聲學壁板的專利系統(tǒng)，可以解決過去聲音性能降低的問題。公司還對“聯(lián)合修理”系統(tǒng)的應用進行擴展，使其能在一個單獨的熱壓循環(huán)空間內(nèi)修理桁條和壁板。
但是不要異想未來所有的飛機會自動繼續(xù)提高復合材料的使用量。Rabois指出：“鋁合金和鈦也在不斷的發(fā)展，變得更加耐用，成本更加合理。另外，每一架新飛機的設計，都會帶來新一輪的材料競爭。”
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