好处多祸害也大,航空航天大热门材料碳纤维,

好处多祸害也大,航空航天大热门材料碳纤维,

时间:2020-02-14 19:29 作者:admin 点击:
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碳纤维是最近几十年航空航天的大热门材料,很多飞行器设计先进与否的一个指标就是:碳纤维使用比例高低,不管军机还是民机,能用碳纤维的部位一定用,毫不犹豫,美国波音公司787飞机复合材料使用量达到了登峰造极的50%,其中大部分是碳纤维材料,从而打造了无与伦比的运载效益:载重大,飞得远,而且座舱压力高,乘坐舒服,噪音小。

不管战斗机,轰炸机,运输机,为啥大家都这么喜欢使用碳纤维,原因是,碳纤维有很多优点,首先碳纤维是用腈纶和粘胶纤维做原料,经高温氧化碳化而成的一种特种纤维,材料耐高温特性好,而且抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀,密度很小,而且强度和模量高,碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的,所以受到了航天航空业无比的追捧!

谁能想到,现在火热的碳纤维,几十年前却差点害死了英国老牌罗罗公司!

碳纤维虽然拥有很多好处,但是按照哲学来说,好处和坏处一定是对等的,有多少好处就应该有多少坏处,碳纤维虽然拥有耐热耐摩擦导热导电耐腐蚀强度高密度小等等一大堆好处,但是也存在一个致命缺陷,就这么一个缺陷,差点让世界知名的罗罗公司破产倒闭!

这就是英国上世纪60年代末期研发的RB-211高涵道比三转子涡扇发动机,这款发动机针对洛克希德公司L-1011三星客机而研制,发动机采用了5.0的涵道比,非常省油,而且三转子设计使得发动机各个转动部件之间能在最佳转速转动,这种设计就比较省油,但是这种发动机的结构设计就比较复杂,相比传统双转子发动机维修也麻烦得多。

就是这个发动机风扇叶片,用碳纤维惹了大祸!

为了出奇制胜,压倒竞争对手美国的GE和PW两家公司,罗罗公司除了新颖的三转子设计之外,还很作死地采用了碳纤维风扇叶片,可以极大降低叶片重量,但是谁都想不到,碳纤维材料最大的弱点是,不耐冲击,不耐集中载荷,而民用航空发动机则必须要求耐冲击,主要是风扇叶片,而罗罗发动机则死在鸟撞碳纤维开裂上,长期一直无法解决,研制经费超标,最终导致罗罗公司破产,最终让政府收购!

RB211三转子技术是罗罗发动机公司第一次尝试,结构过于复杂使开发严重延期,而且发动机推力不足,并且超重,而且油耗过高。1970年5月,在对碳纤维制造的风扇进行的测试中,鸟击测试中零件开裂失效,最终无可奈何,罗罗公司最终返回传统材料,使用钛合金制造风扇叶片,最终重量更大,但是通过了鸟撞测试!最终RB-211发动机家族带着钛合金风扇飞了几十年。

日本F-2战斗机也在碳纤维机翼上吃了大亏

除了英国罗罗公司外,20年后日本三菱公司也吃过碳纤维的苦头,自从日本东丽公司在上世纪70年代开始崭露头角,不断疯狂追加投资,最终坐到了世界高强度碳纤维材料宝座,东丽公司的T系列碳纤维规范也成为不折不扣的世界标准,全世界遵从,既然本国有世界第一的碳纤维公司,本国战斗机那就疯狂采用碳纤维吧!

于是,日本的F-2战斗机就这么上了,飞机全机翼都采用碳纤维设计,整体成型,轻便强度高,堪称世界第一,但是谁都没想到,在试验时候却开裂了,最后日本人才想到,碳纤维并非万能,应付集中力不太可靠,最终换回金属零件,避免了重大事故!