玻璃纖維復(fù)合材料是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂制成的復(fù)合材料。它于1950年代由波音公司首先用于飛機。波音787夢想飛機是第一架使用50%復(fù)合材料(主要是碳纖維復(fù)合材料)制造的商用飛機;全日空航空公司于2011年10月投入使用的首架787,飛機的其余部分主要由鋁、鈦和鋼組成。
復(fù)合材料已經(jīng)徹底改變了航空業(yè),但其使用確實帶來了一些工程和維護方面的挑戰(zhàn)。復(fù)合材料在飛機上應(yīng)用的主要優(yōu)缺點在于:
優(yōu) 點
輕量化是復(fù)合材料使用的最大優(yōu)勢。重量輕的飛機更省油,因為它需要更少的燃料來推動機身前進。復(fù)合材料的強度也令人難以置信,因此強度/重量比(也稱為比強度)要比制造飛機所用的金屬高。另外,它們抗壓縮性能優(yōu)異,在張力下不易斷裂。
復(fù)合材料不易因刺激性化學(xué)物質(zhì)而腐蝕,并且對許多高反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)具有抵抗力。它們還可以應(yīng)對各種溫度變化以及暴露于惡劣天氣中。
復(fù)合材料的另一大優(yōu)勢是其設(shè)計靈活性:它們可以被制成大致形狀。單個形狀奇怪的復(fù)合材料可以替代許多其他材料制成的材料。這種有用的特性可以減少維護,因此可以降低飛機使用壽命內(nèi)的成本。
一旦形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,它將保持其形狀和大小。這在飛機工業(yè)中很重要,因為這意味著由復(fù)合材料制成的飛機的關(guān)鍵部分不會隨著環(huán)境條件的變化而增長,收縮或變形。
缺 點
對于飛機和零部件制造商而言,復(fù)合材料的最大缺點可能是與金屬相比,其初始成本較高。較高的成本主要是由于纖維的價格以及制造最終材料所需的復(fù)雜過程。此外,很難判斷復(fù)合材料飛機部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)何時被損壞。這使得檢查困難并且成本更高。
在檢查過程中出現(xiàn)的一個問題是復(fù)合材料分層現(xiàn)象。分層的最大原因是對復(fù)合件的影響。水可能會滲透到一塊已經(jīng)分層的零件上,并且隨著水的凍結(jié)和融化,問題會變得更加嚴重。
標準的飛機復(fù)合材料不導(dǎo)電,因此,與鋁不同,它不能防止雷電直射到飛機的油箱。通過將金屬絲網(wǎng)合并到復(fù)合材料中,可以解決787的問題。
最后,用于復(fù)合材料的樹脂在低至華氏150度的溫度下會變?nèi)?,而溫度超過300度可能會導(dǎo)致飛機失靈。復(fù)合材料燃燒時,會散發(fā)有毒煙霧和微粒到空氣中,造成健康風(fēng)險。由于所有這些原因,防火對于使用復(fù)合材料制造的飛機至關(guān)重要。