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碳纤维有比合金更高的强度,为什么战斗机不用碳纤维?
发布人:裕丰碳纤维 发布时间:2017-11-07 13:59 阅读量:

  裕丰碳纤维为您讲讲碳纤维强度那么高,为什么战斗机不用碳纤维复合材料而是用合金?其实现在的战斗机中有越来越多的地方使用了碳纤维复合材料了。为什么说是碳纤维复合材料而不是碳纤维呢?因为碳纤维直接拿过来是不能用的,纤维就像一束头发丝(当然更细的多),必须要有基体和它复合成型才可以。

  但是在战斗机的机体、机翼部分,用碳纤维复合材料的还比较少,因为碳纤维一旦复合,其性能有势里的密度优势会受到不同基体影响而削弱,如果用环氧啥的,纤维含量不高的复材在比强度上不比铝、镁合金强多少。

  1、碳纤维材料成型加工问题

  任何材料不管纸面性能再逆天,如果无法成型,或者成型后性能大幅下降,都难有使用价值的。碳纤维就有这个问题,对于简单的板材,管材,可以用编织缠绕来解决,也比较容易批量生产。但对于形状稍复杂的构件,合金还可以通过铸造,打印,塑性加工等手段实现,但碳纤维则不能在树脂固化后大变形,也就是说只能一次做成所需的形状。听起来比合金简单,但是问题恰恰在此,如何让碳纤维在复杂结构中分布均匀,受力,承载均匀呢?三维编织?那样一个构件要编织多久才行?所以这也限制了碳纤维在这方面的应用。

  2、碳纤维材料的韧性

  合金大多可以焊接,难焊接的也可以铆接,对于碳纤维复材,几乎除了铆接就是胶接,连接件带来了大量的增重,并带来了可靠性上的问题。那么问题来了,我碳纤维一体成型不就好啦?连接件都不需要。理论上这样子是最好的,可是使用方一定会气死。比如一块蒙皮,铝合金在遭受冲击等损坏,可以变变形回复原来样子,实在不行还能热处理一下继续用。复材呢?抱歉,返厂换新构件吧。

  飞机在飞行过程中有受到撞击的风险,比如鸟类。如果使用碳纤维材料制造面积较大的机翼等部件,在遇到高速撞击后极易发生大面积的材料分解断裂,后果是毁灭性的。这个时候我们就必须放弃更轻、刚性更好的碳纤维,因为它比较脆;而选择不那么脆的材料,比如韧性较好的铝合金。

  而尾翼、雷达罩盖等面积较小、碰撞风险较低的部位,选用碳纤维材料制造,可以明显降低机体重量而不带来额外风险。

  3、碳纤维材料的耐高温问题

  战斗机的速度一般来说高于民用飞机,短时间内的变速需求也明显高过后者。机翼、机体等大面积的部件在飞行过程中与空气摩擦会产生极高的温度。按照美军用F22的数据来说,机翼表面工作温度最高在230-250摄氏度之间。

  虽然碳纤维本身拥有接近1000摄氏度的熔点,但用于工业制造的碳纤维复合材料并没有这么高的熔点,原因是用来做基材的树脂材料并没有太耐高温。因此,上文提到的F22在必需用碳纤维材料制造机翼的情况下,采用了表层涂双马来聚酰胺树脂的工艺,使耐温达到260摄氏度以上。当然,现在我们有更高耐温的碳纤维复合树脂材料了。

  回到问题本身来说,正因为处理高耐温复合材料的工艺和成本都极高,所以选用成熟的铝合金材料制造,是很符合常理的。但现在碳纤维复合材料也是广泛地应用于战斗机的碰撞风险低、不与空气大面积摩擦的部位了。

碳纤维有比合金更高的强度,为什么战斗机不用碳纤维?

碳纤维有比合金更高的强度,为什么战斗机不用碳纤维?

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