CCTV今日新聞－－波音787起飛了，

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波音787是波音公司自1995年來研發的第一款全新民用客機，擁有多項技術創新，其中最引人注目的是以碳纖維合成材料取代鋁制作機體，成為全球第一款以碳纖維合成物為主體材料的民用噴氣客機。波音公司介紹，使用碳纖維合成物作材料的好處體現于：機身單個構件面積較鋁制構件大，使得機身可以由更少部分組成，減少機身拼接所需零部件。增加飛機的耐用性，減少維護費用。

當地時間安15日試飛，從華盛頓起飛，降落在西雅圖機場。

復合材料又有了新突破，不知道又有哪些歐洲公司參與了這些個項目

獨自頑活

并不無的放矢呵

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波音787夢幻飛機——環氧樹脂/碳纖維復合材料革命的代表
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來源：機電之家　添加人：jdzj888　添加時間：2007-10-15 11:36:03

波音787夢幻飛機——環氧樹脂/碳纖維復合材料革命的代表。在波音787上大面積使用環氧樹脂碳纖維復合材料，減輕了飛機重量并使創新理念得以實現。當波音公司開始考慮在787夢幻飛機上大量使用結構復合材料時，波音工程師們的直覺是：環氧樹脂/碳纖基質結構能大大降低飛機重量，可以節省燃料、擴大飛行范圍；但是經過早期對復合材料的集中研究，他們意識到復合材料還可以帶來重大的設計變化，這種變化可以讓他們進行功能系統集成，也可以改變層流、發展空氣動力學。
從材料學的角度看，787夢幻飛機是制造業歷史上最大的革命性跨越之一。但是為了實現一項野心勃勃的出貨計劃——第一批出貨時間定在2008年5月——當時存在大量的障礙需要跨越，沒人嘗試過規模生產巨大的環氧樹脂/碳纖維增強復合材料結構，這種材料是熱固性材料，處理時間明顯要慢于熱塑塑料；如此大型部件的關鍵制模技術當時仍然處于發展階段，實際上這也是開發項目中的少數羈絆之一；必須開發出新型涂層處理裂紋擴展問題，用鋁材就不會有這個問題。工程師們還必須設計不同的系統來應對電流短路問題，因為，樹脂基復合材料不導電。材料技術當時對大家來說已經不是新領域了。

“當我們決定在機翼、機身、地楞橫梁等部位上使用復合材料時，我們實際上只是在制造777飛機時積累的大量生產經驗鋪墊的道路上再往前走一步，”787技術集成主任、波音公司前任全材料技術總工程師Alan G. Miller博士說。“當時我們知道象型穩性一類的事情。我們也知道復合材料會怎樣沖擊制造流程；我們有許多設計上獲批的資料庫，我們有很大的信心，這種信心來自于我們的客戶。”在波音777飛機上復合材料只占重量的9%，而在波音787上復合材料占到重量的50%。在整個777飛機時代碳纖維增強復合材料的性能、制造技術和費用結構都有所提高。根據不同的具體應用需求，787飛機上使用了幾種不同種類的復合材料，包括雙馬來酰亞胺。還有些較小的部件是用短纖維制造的、可以塑成各種形狀，在飛機的內部裝飾上也大面積使用了熱塑性工程塑料，但是這與以前的設計沒有多大不同。

所有的復合材料都是由世界最大的碳纖維生產商Toray Industries公司提供的。據估計，從2004年起，波音公司已經向Toray公司定購了價值60多億美元的復合材料，這些訂單對復合材料的價格和其他用戶的貨物供應造成了壓力。這一估計數字是根據2006年以后的計劃生產量得出的，而這些數據由于787飛機令人矚目的成功已經成為過去。在2003年底，Toray公司碳纖維產品的生產能力是7300公噸。到2007年夏天，該公司的產能達到13900公噸。這段時間內，公司在碳纖維產品上的投資接近10億美元。公司產能的擴大來自于美國(華盛頓州的Tacoma公司和阿拉巴馬州的Decatur公司)以及法國和日本客戶的需求。在787飛機的帶動下，聚丙烯腈類碳纖維的需求量一年增長了15%。隨后的需求增長將來自于汽車市場和CNG燃料罐一類與能源相關應用的全面進入。

技術上需要解決的幾個問題首先是規模生產問題。復合材料的生產過程要明顯慢于熱塑性工程塑料的生產過程。“我們以前沒有碰到過如此大量的應用(在夢幻飛機以前)，”Miller說。“復合材料產業以前從來沒有處理過這種情況。那是一座我們必須跨越的山。”Miller認為，傳統機械模具生廠商提供了大多重要的解決方案。Cincinnati Machine Co公司就是一個例子，該公司為787夢幻飛機供應新的浸帶疊層系統和纖維編制系統。

“高速精確的鋪疊技術加快了工作流程，縮短了制造日程，并且降低了工序成本，” Cincinnati Machines公司復合材料總經理Randy Kappesser說。利用自主知識產權的、編譯自CAD(計算機輔助設計)和層壓資料的軟件程序，這些最新型的設備可以把浸帶鋪疊成非常復雜的幾何形狀。該軟件可以允許離線部分編程和模擬，包括碰撞干預。

樹脂半固化片中的增強纖維被確定了具體方向，只在需要的方向上才具有最大的強度。半固化片指的是已經用樹脂浸制過的纖維基質。由于大小(和飛機一樣大)和技術的發展問題，模具也是當時一個比較大的問題。在那之前，復合材料模具主要用在造船方面，而造船還不是大規模生產行業。“仍然處于努力發展中的技術領域是模具制造，”Miller說。“利用獨特的設備裝置，復合材料的模具制造可能相當講究，或者說，如果你不十分注意的話，非常笨拙和繁重......我們必須預先與我們的技術合作伙伴碰面，以確保這項技術是成熟的，能夠滿足我們的生產日程需要。”大型復合材料模具結構材料的金牌標準一直是一種叫做不脹鋼的鐵鎳合金，這種材料非常適合這一用途，因為其熱膨脹系數(CTE)是可以控制的。不脹鋼的一個問題是，不太易于按照制造系統要求彎曲，而讓材料易于彎曲一直是波音公司幾年來的一個主要目標。

一個主要的替代選擇是“軟質”模具，這種模具也是用復合材料制造的。鋁材不合適，因為鋁的熱膨脹系數不符合要求。由于在B2隱形轟炸機項目中出現過問題，軟質模具的名聲不太好。夢幻飛機的制模技術是絕對受產權保護的，但還是有一些關于華盛頓州Janicki Industries of Seedro-Wooley公司的技術細節被泄漏出去。Janicki公司是一個歷史悠久的游艇制造商，該公司為夢幻飛機開發新型的軟質模具，這種模具除了經歷過一次眾人皆知的災難之外還算成功，那次是樹脂配方出現錯誤導致了漏水和心軸損壞。“創新不只是在材料方面，也出現在怎樣建造模具方面，”Miller說。比如，Janicki公司就承接定制過3臺五軸數控(CNC)碾磨機，這些碾磨機的外形尺寸有88 x 19 x 8英尺之巨，并且精確度達到了±003英寸。

不只是重量問題——復合材料值得大家做出這樣的努力，這種材料明顯已經走上了飛機行業的快行道，“我們得到的好處遠遠不止是降低了飛機重量”，當時研發人員認為：我們還看到把很多功能集成到一個系統中越來越實用的方法，結構系統也是聲阻尼系統的一部分，也是熱傳遞系統和電子系統的一部分，復合材料的使用會增長，因為這不再只是結構問題了。這還不是全部的好處。復合材料機身的優等強度可以使客艙內出現更高的耐壓力，更容易控制客艙內溫度、濕度和通風。從耐腐蝕和老化方面來講，復合材料比鋁材更持久耐用，并且大大減少了扣件鉚釘的使用。從本質上來說，787飛機的結構就是一個龐大的巨分子，所有部件都是通過樹脂/碳纖增強的交聯化學鍵連接在一起。“早些時候，我們就決定建造一個一體性機身筒體，”Miller說。“我們沒有使用搭接接頭，因為我們是把它們包裹起來的。”

復合材料的好處隨著波音公司工程師們經驗的增加而增多。“我們發現了制造更好舷窗的方法，并且我們這樣做，還改變了那一部分機身負載轉移的特性，”Miller說。“這樣我們就可以再回到一體機身筒體的想法上，并且再一次減輕了該設計這一部分的重量。最終，我們比最初設計節省了三倍重量。”另一項好處來自于金屬與塑料交接處(引擎機艙入口與引擎機艙結構的接合點)層流的擴展(1.5庫比特)。
波音公司預計只這一項設計改進每年就可以節省20000加侖燃料。這是制造技術、材料技術和成形技術的巨大聯合，或許就是成形技術讓我們切實能夠在空氣動力學的表現上取得了又一次飛躍。復合材料的弊端是什么？復合材料不會生銹，但是也會有一個光致氧化過程，所以復合材料必須上漆。這樣就有了關于夢幻飛機的另一個技術故事。“我們開發出一種中間層機身涂層，”Miller說。“我們的客戶可以剝掉或改變機身的噴漆顏色而不會觸碰到里層的復合材料。這就是說他們不需要進行磨光。”

另一個問題與其說是弊端還不如說是一個不同。復合材料結構與鋁材結構需要進行的熱管理和電動管理不一樣，鋁在本質上具有更高的導電和導熱性能。比如在不導電的復合材料上就不需要象在鋁結構上一樣過多考慮移動電流問題。“我們現在解決這些問題比3年前聰明多了，”Miller說。考慮到全球巨大的相關供應鏈，到底是誰在擁有夢幻飛機的開發技術呢？“這要看是誰支付了費用，”Miller說。“如果是我們支付了費用，就可能是我們擁有，并且我們可以在該項目范圍內與大家分享。”如果一家供應商貢獻了自己的知識產權，那么這項技術就可能是由這家供應商擁有。所有的主要合作伙伴都有大量自主的研發項目，并且明顯想在自己的技術訣竅和其他的飛機制造項目之間取得平衡。這就是波音公司在具體技術合作伙伴方面采取保密措施的一個原因，比如關于模具制造商的保密措施。同樣，供應商任何信息的媒體披露也都受到波音公司的嚴格控制。

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