碳纤维等复合材料在航空航天应用越来越香的原因？

随着波音 787 梦想飞机和空客 A350 XWB 的引领，商业航空公司逐渐更多地使用碳纤维复合材料来制造飞机机身。因为碳纤维比钢更坚固，比铝更轻，并且几乎可以模制成任何形状；难怪航空航天工程师用碳纤维复合结构材料设计他们的梦想飞机。再加上降低的燃料成本、改进的空气动力学性能和更少的零件需求，很容易看出碳纤维有望成为未来首选的飞机结构材料。

1）提高燃油效率
在航空业，飞机越轻，运营成本就越低，这已不是什么秘密。重量减轻可以提高燃油效率，从而显着降低飞机的总体运营成本。由于碳纤维复合材料做成的碳纤维产品相对其重量而言非常坚固和坚硬，因此飞机制造商越来越倾向于这个方向是有道理的。与传统铝制飞机相比，使用碳纤维复合材料制造飞机的重量最多可减轻 20%。专家估计，在飞机的整个使用寿命期间，重量每减轻一公斤，可节省约 100 万美元的成本。这加起来可以节省大量资金！

2）提高空气动力学性能
除了减轻重量之外，影响飞机燃油效率的另一个重要因素是空气动力学。设计越时尚，飞机就越省油。由于碳纤维复合材料制造工艺可以产生非常光滑但复杂的几何形状的碳纤维产品，因此飞机设计师可以更轻松地优化碳纤维飞机的空气动力学。此外，碳纤维的刚度有利于在商用飞机中使用后掠翼设计，通过减少空气动力阻力，将燃油消耗降低高达 5%。

3）减少了零件数量
在制造飞机中使用碳纤维有助于降低成本的另一个领域是制造飞机所需的零件数量。例如，空中客车 A380 通常由大约 600 万个零件制成。然而，由于碳纤维复合材料部件是模制的，因此每个模具都可以设计成将几个不同的部件组合到一个模具中，从而显着减少建造飞机所需的部件数量。由于建造飞机所需的组件更少，因此所需的制造时间也更少。此外，由于碳纤维产品重量更轻，因此操作和组装它们所需的人员更少。所有这些因素加起来可以显着节省飞机的制造成本。

4）使用碳纤维的未来飞机设计
使用碳纤维而不是传统金属来制造飞机，可以为飞机设计师在控制空气动力效率和节省燃料方面提供更大的灵活性。这种灵活性也让我们有机会改变传统的飞机设计。未来的商用飞机可能包括机身和机翼融合在一起的设计，类似于当今的一些军用飞机。这种设计极大地提高了飞机的升阻比，使飞机的空气动力学效率更高，同时仍减轻了重量。空中客车公司最近推出的一款概念飞机推出了一款具有更宽、弯曲机身的飞机，旨在改善气流并提供更多的机舱空间。更长、更薄的机翼可以减少阻力并提高燃油效率。 U 形尾部起到屏蔽作用，可降低发动机噪音。正是碳纤维材料使得所有这些概念得以构想。

虽然碳纤维自 20 世纪 70 年代以来一直用于飞机制造，但随着制造技术的进步，在商用飞机的设计和制造中寻求新的方法来利用这种令人难以置信的资源变得越来越普遍。由于其重量轻、强度高、表面光滑，碳纤维复合材料是制造飞机许多部件的理想材料。飞机机身使用碳纤维制品可以提高燃油效率、提高空气动力学性能，并且可以使用更少、更轻的部件来制造。所有这些因素加起来都降低了制造和运营成本。难怪今天的概念飞机更多地使用碳纤维复合材料——显然，碳纤维将成为制造未来飞机机身的主要材料。