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飞机中的复合材料之战

飞机中的复合材料之战 2011： 世界领先的飞机制造商波音和空客长期处于斗争之中，目前他们所使用的武器之一就是复合材料。George Marsh对此作了一番调查。 波音（Boeing）的确花了一段时间来应对空客（Airbus）的挑战，现在有了B787中型客机，波音已经开始掌握主动。20世纪80：波音公司）

复合材料适应载荷方式的能力，可以在不影响结构完整性或增加额外重量的情况下，安装更大的窗户（大约大出65%）。波音还相信复合材料的耐腐蚀性能和耐疲劳性能会使它们比金属更耐用。但是这家美国飞机制造商声称复合材料机身维护成本更低时，还是引起了一片争论。 在复合材料问题上，空客第一次呈现出保守姿态，认为波音在冒一个很大的风险。尽管这家美国公司过去遇到了无数的技术挑战，但欧洲人认为现在它面临着一个未知的事物。他们认为，即使成功了，研发成本也会超出预算，针对这款飞机所预期的价格和运营商所预期的利润将会作废，交货和性能保证可能也是问题。中立的分析家断定，波音不能承受太多的挫折，假如它的预期被证实，所有的可能性都可能一一成为现实。 空客也抓住争论的要害声称，尽管A350上使用的塑料少于B787，但在先进材料的使用上仍然是领先的，机身将使用铝-钛合金蒙皮。据首席商业运营官John Leahy介绍，A350将使用60%的先进材料，从这一点上来说领先于787。轻质合金用作蒙皮降低了风险和成本，使空客可以向航空公司提供较低的报价。空客还指出，当机身遭受损坏时，航空公司可以使用标准维修程序。 最近围绕机身/复合材料的争论逐渐增多。空客对787明显的诽谤，使波音感到气愤，尽管两家公司对各自产品安全性的攻击都很忌讳。这种可能的侵犯终于在一个安全研讨会中爆发了，之后，波音决定证明其复合材料机身损坏的可见性，而且只需要最小的非破坏性测试。研讨会的一个发言人认为，这种方法可能增加安全问题，因为损坏（比如分层或开裂）可能潜伏在层合板的板层中间，而表面不会有任何迹象。

位于西雅图波音Developmental Center的第一个B787复合材料机身。（图片版权所有：Ken DeJarlais）

波音否认对安全会有影响，坚信787结构中充分考虑了安全边际，因此未检测到的损伤不会造成灾难性的失效。正如B787项目代理首席机械师Justin Hale认为的，复合材料中的损伤倾向于停留在一个地方，相反金属中的损伤会迅速扩散。复合材料可以保持飞机结构的完整性，即使带有少量未检测到的损伤。 继续他的观点，Hale提到了波音计划制造超音速运输机Sonic Cruiser的日子，他们已经放弃这一计划转而关注是什么形成了B787。复合材料在高速喷气式飞机的设计中已大显身手。 Hale说：“我们的Sonic Cruiser任务小组建议，如果目测到的层合板表面损伤不明显，机身设计应该保证它不会妨碍结构承受它的设计载荷。” 这一理念已经被用在B787中。787的机身中使用了大量的碳纤维层合板，厚度从进出口围栏和其它易损部件（包括机身下腹部）中的一英寸， 到独立制造的机身部件连接处的半英寸和机身顶部部件的1/10英寸。由于损伤容限不同，波音指出，如果没有看到损伤，就没有什么可担心的，飞机可以安全运行。 修理 重大的碰撞报告应该促进更详细的检查，包括机身内部的损伤迹象。检修人员可能会寻找横梁中的断裂迹象——横梁是增强构件，在制造过程中与机身蒙皮一起固化而成。分裂迹象代表外部冲击力较高。如果仍然怀疑损伤特性和损伤程度，可能需要一次非破坏性检查。例如，尾翼和控制面等已经证明了脉冲回波评估的有效性，因此，波音正在研发一种手持式声音设备，以提供损伤迹象。这种碰撞损伤检查器将输出信息，帮助维修队参考飞机结构维修手册来决定是否应该对显示出的损伤进行维修。 航空公司也关心结构维修手册以外的更严重明显损伤的修理。Justin Hale通过援引几个实际案例的研究来使他们安心，在这些案例中，金属飞机遭到了严重的损坏。主要的事故原因包括尾部撞击、前起落架断裂和服务车辆的碰撞。波音的一个支持团队将相同的损伤照搬到了B787结构上，然后估算了一次全面修理所需要的人工和材料成本。Hale说，每种情况下，修理成本都在相应的、有类似损伤的金属飞机修理成本的10%以内。

大多数飞机在成熟期要开始重大检修，B787比767的维护成本低30%，而且节约的成本逐：波音公司）

航空公司关心的另外一个问题是，复合材料结构的修理可能与现有的修理程序之间有很大的不同，让工程师们很难适应。Hale说，不是这样的，技术人员可以继续使用现在的方法修理机身的损伤，即他们修理螺栓连接的金属补片的方法。 “我们不希望强迫操作人员使用全新的修理技术。”他解释说，“我们吸取了大约六：波音公司）

身陷困境 对于在主流客机机身上使用复合材料的问题，尽管空客仍然持怀疑态度（至少在公开场合），但他们知道必须小心不要让自己身陷困境。不应忽略的一个事实是，在避免全复合材料机身的同时，空客已经在A350的机身后部和机身龙骨横梁上使用碳纤维增强塑料。另外，公司官员在声称复合材料可能不是目前最好的选择时，他们可能希望很快转向一种不太明确的姿态。空客说过，他们正准备推出他们最畅销的窄机身A320的后继机型。在考虑新机型时，他们可能希望重新评估复合材料机身的优点。复合材料用量更大的A320将与波音双喷气发动机客机B737的继任机型互相竞争。对于这架飞机，波音很可能为所有的基本结构选择复合材料，包括机身。 外部因素可能阻止两大对手对于复合材料日益增长的依赖性。碳纤维的供应问题及其日益升高的成本为竞争材料——先进的铝、铝-钛合金以及金属/复合材料复合物提供了机会，增加了他们作为机身材料的可能性。工程师可能要寻找经济的材料组合，复合材料只是混合物中的其中一种元素。空客已经显示出他们重新定义挑战的迹象，使用先进材料而不仅仅是复合材料。很明显，目前处于优势地位的碳纤维需要不断提高它的性价比，以保持竞争地位。未来的持续斗争中，飞机制造对手可能不是仅仅为了塑料美好而斗，而是谁可以最好地利用所有先进材料，以制造出最高效和市场所需的商务飞机。 波音（中国）； >

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