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塑料飞机即将起航 |
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| http://cn.newmaker.com
8/25/2006 9:14:00 AM
佳工机电网
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随着新材料技术的不断发展，越来越多的复合塑料被用于航空零部件的制造。空客A380全机重量的25%是由非金属复合塑料制造。波音公司也将于2008年推出半塑料机身的787“梦幻客机”。同时波音公司也已宣布，全塑料机身的波音787正在加紧研制当中。
航空制造所用复合塑料是一种聚合体树脂制成的矩阵结构，由耐热性能良好的增强型碳素纤维层或者玻璃纤维层胶合而成，再利用熔炉打造成所需要的形状以适应不同零部件所承受的压力。目前的新型复合塑料重量只有铝合金的一半，但强度却比铝合金高出20%%，而且绝缘性能好，抗腐蚀能力要比一般的金属材料高。用其替代部分金属制造航空零部件，不但生产成本低，还可减轻飞机重量，降低耗油，提高飞行的航程和航速，改善飞机的飞行性能。但是这种复合塑料的缺点是使用过程中必须小心维护，因为它的磨损乃至断裂的情况与金属很不一样。
对于金属材料而言，如果压力达到其最高可承受压力的10%，疲劳裂纹就会出现，不过这种裂纹的增大过程比较缓慢，检修师有足够的时间发现裂纹并及时修复，从而防患于未然。复合塑料正好与之相反，只有当压力达到最高可承受压力的60—70%时才可能出现疲劳裂纹，但是一旦裂纹出现，也就意味着这一零部件必须马上更换，否则就可能酿成大祸。正是由于复合塑料材料存在着这种可能会突然分崩离析的风险，再加上考虑到遇上气流或者飞机尾流而造成的额外负荷，飞机只能在比可承受压力水平低得多的条件下飞行才能保证不会发生空中解体的危险事件。
由于复合塑料材料制成的机壳在碎裂前不会发生变形，在例行维护时利用常见的视觉检查或者敲打辨音检查很难发现其内部存在的损伤。直升机生产商美国西科斯基飞机公司（Sikorsky）的前复合材料工程师戴维·麦斯表示：“试图通过目检来确定复合材料是否出现损伤，这无异于根据一个人的面容来判断他是否患了脑瘤。”麻省理工大学的机械工程师、复合材料专家詹姆士·威廉姆斯也认为，采用视觉检查只能说明对“复合材料各层之间粘合结构的一无所知”。
虽然目前工程师可以借助超声波或者热感应器等来确定复合塑料结构的损坏情况，但是这些检测方法并没有得到广泛应用。带回实验室的零部件可以很容易确定问题所在，不过这种检测手段也还没有实用化，维修师需要的是现场快速检测所使用的便携工具。加拿大运输安全董事会负责航空调查的主管尼克·施托斯表示，航空工业需要开发新的技术，以便更容易确定可引发不安全事件的关键因素。
这种便携检测工具很可能在不久的将来便可问世。加拿大国家研究委员会的让-皮埃尔·莫查林及其同事正在为他们发明的一种可以暴露复合塑料材料内部损坏情况的激光检测技术申请专利。这种检测系统通过激光局部加热复合塑料表面，使塑料受热膨胀后产生振动，振动波在材料内部的各个粘合层传播，如果材料结构出现损坏或者裂纹，振动频率就会改变。裂纹越大，频率就越低。借助干涉计的帮助，另一台激光仪就能很容易地判断出振动频率的变化。莫查林已经通过实验证实这种被称为“激光敲打检测”的技术可以发现从复合塑料表面无法觉察的损伤。他表示，由于激光能够通过光纤传送到位置比较高或者人工不方便检测的部位，利用这种检测系统，维修师无需拆除零部件就能检测整个飞机的复合框架。
毋庸置疑，塑料飞机的安全性是重中之重。波音公司和空客公司都声称，制造前检验、计算机模型以及加速老化实验，再加上目前普遍使用的视觉检查，都能够确保波音787和空客A380在交付使用时的安全性。按照计划，波音787将接受多达16.5万次飞行测试，这相当于3架飞机的飞行寿命。此外，飞机还要接受增压、扭转、盘旋以及弯曲等一系列试验，比如，将长约1米的切断机刀片作为“子弹”射向机身，以此来测试飞机在遇到小鸟撞击时机身材料的弹性和恢复性能。与此同时，空客公司复合材料专家罗兰·塞维因也表示，空客正在研制传感器，用于监测飞行状态下A380所使用的复合塑料材料的结构变化。
波音公司总裁穆拉利预计，完全用非金属合成材料制造飞机的技术大约要到2015年才能成熟。
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