碳纤维在航空航天中的应用是一项革命性的发展

碳纤维在航空航天领域的革命始于 1960 年代，当时这种新的人造材料被引入劳斯莱斯喷气发动机风扇的组装中。从那时起，由于碳纤维材料为该行业提供的优势，私人和商用飞机对碳纤维的需求有所增加。凭借令人难以置信的强度、更轻的重量和更易于使用的生产工艺，碳纤维正迅速成为飞机制造商的首选材料——取代铝和其他金属。下面我们将讨论碳纤维因其优势而被视为航空航天业革命的原因。

什么是碳纤维？

碳纤维是一种人造材料，于 1800 年代后期首次以原始形式开发。它由编织的纤维线组成——纤维本身可以比人的头发还细。然后将这种结构碳化并用树脂加固，从而产生一种非常坚固耐用的材料。碳纤维产品是通过将材料放在模具上来塑造它的，这意味着它可以呈现出看似无穷无尽的形状。用于航空航天工业应用的碳纤维通常以整体或夹层结构生产。整体结构包括放置在一起并固化的实心碳纤维片;这种结构提供了很大的强度。另一方面，三明治结构涉及碳纤维蒙皮，其核心密度低，具有很高的刚度。除了强度和刚度外，碳纤维还具有许多其他有用的特性，包括高耐化学性和耐热性以及低热膨胀性。

新型机身和碳纤维

如前所述，现代飞机越来越多地在飞机机身、机翼、发动机部件等的制造中使用碳纤维。但是，这种材料为什么以及如何引发了航空航天业的革命？强度、耐腐蚀性、燃油效率、制造工艺、零件数量和空气动力学性能的提高开始解释为什么......

提高身体力量
高耐腐蚀性
提高燃油效率
更易于制造
减少零件数量
提高空气动力学性能

碳纤维比铝具有更高的强度，重量对重量。当用于制造主要飞机结构（如机身）时，碳纤维在传统上使用铝的地方提供了更高的强度。当用于替代铝时，这种强度还具有减轻重量的优点，因为它比金属轻。碳纤维的强度使飞机结构更加耐用，这在飞机必须抵消风阻等力时尤为重要。碳纤维是一种化学稳定的材料，这意味着在分子水平上，它将在其环境条件下保持稳定——例如热、空气和压力;这使它成为飞行中更恶劣环境的合适材料。虽然这取决于所使用的碳纤维类型，但它也可以具有很高的耐腐蚀性，这意味着它不会腐蚀或生锈。这与铝相比，铝容易腐蚀，尽管它具有很高的防锈性。为了增强抵抗力，碳纤维可以添加紫外线防护等添加剂，以提高耐用性。飞机燃油效率的主要因素之一是它的重量——飞机越轻，燃油效率就越高，因为它需要更少的燃料来提供动力并调动结构。通过在飞机的一系列结构中使用碳纤维，该结构将比使用铝和钢等材料时更轻。碳纤维的重量比铝轻约40%，大大减轻了飞机的重量，并大大降低了燃料消耗和成本。这一因素标志着航空航天业在减少碳足迹和努力实现更环保的做法方面向前迈出了一大步。碳纤维可以被视为航空航天工业的一场革命的另一个原因是它现在可以生产的规模。这可以归因于碳纤维变得越来越容易制造的事实。虽然碳纤维的制造仍然是一个复杂且相对昂贵的过程，但自首次发现以来，该过程已经有了很大的发展。随着更多的研究以及碳纤维设计和制造的进步，生产水平不断提高，这种材料变得更容易获得。随着需求得到满足，成本也降低了，这意味着更多的航空航天制造商可以获得这种材料。作为其制造的一部分，碳纤维线是模制的，并用树脂镶嵌。能够将碳纤维模制成几乎任何形状，这意味着飞机制造商可以将更多零件集成到单个模具中。在需要组装多个铝制部件的情况下，碳纤维提供了一种独特的解决方案。这不仅降低了航空航天公司的制造成本，而且可以减少制造和组装时间。使用碳纤维可以改善飞机的空气动力学性能。由于碳纤维材料的设计、刚度和平滑度得到改善，碳纤维可以减少飞机所承受的阻力。碳纤维现在用于主要结构，例如机翼，这有助于提高后掠翼结构的空气动力学性能。当用于主要和次要结构时，碳纤维的重量减轻也有助于提高飞机的空气动力学性能。改进的空气动力学性能也有助于提高燃油效率并降低燃油成本。