碳纖維強度那麼高,為什麼戰鬥機不用碳纖維還用合金?

時間 2021-06-02 05:43:22

1樓:吳國卿

同體積下碳纖維強度比合金沒有明顯優勢,你說的強度高是單指碳纖維本身,可碳纖維做成零件需要用膠水一層層粘連,這時候強度就沒那麼大了,碳纖維的優勢是同體積下比鋼材輕,同重量下比鋼材強度大。

2樓:

戰鬥機一直在盡可能的用啊!

首先,碳纖維直接拿過來是不能用的,纖維就像一束頭髮絲(當然更細的多),必須要有基體和它復合成型才可以。

其次,碳纖維一旦復合,其效能有勢裡的密度優勢會受到不同基體影響而削弱,如果用環氧啥的,纖維含量不高的複材在比強度上不比鋁、鎂合金強多少。當然,現在做的要強很多

再次,成型加工問題。任何材料不管紙面效能再逆天,如果無法成型,或者成型後效能大幅下降,都難有使用價值的。碳纖維就有這個問題,對於簡單的板材,管材,可以用編織纏繞來解決,也比較容易批量生產。

但對於形狀稍複雜的構件,合金還可以通過鑄造,列印,塑性加工等手段實現,但碳纖維則不能在樹脂固化後大變形,也就是說只能一次做成所需的形狀。聽起來比合金簡單,但是問題恰恰在此,如何讓碳纖維在複雜結構中分布均勻,受力,承載均勻呢?三維編織?

那樣乙個構件要編織多久才行?所以這也限制了碳纖維在這方面的應用。

最後,連線,修復效能。合金大多可以焊接,難焊接的也可以鉚接,對於碳纖維複材,幾乎除了鉚接就是膠接,連線件帶來了大量的增重,並帶來了可靠性上的問題。那麼問題來了,我碳纖維一體成型不就好啦?

連線件都不需要。理論上這樣子是最好的,可是使用方一定會氣死。比如一塊蒙皮,鋁合金在遭受衝擊等損壞,可以變變形回覆原來樣子,實在不行還能熱處理一下繼續用。

複材呢?抱歉,返廠換新構件吧。

3樓:孟楚

看起來是個老問題。

東麗員工,隨口說幾句。

工業製造要考慮的問題很多,但總體來說就是三大類:設計、材料、工藝。三者相互影響,互為因果。

具體說戰鬥機,機翼、尾翼、機體、雷達罩蓋、機腹等部位,功用不同,設計需求不同,選擇的材料自然不同;而現階段的加工工藝也反向影響材料的選擇範圍。

為什麼用鋁合金?基本上和韌性要求以及溫度要求有關。

先說韌性。

飛機在飛行過程中有受到撞擊的風險,比如鳥類。如果使用碳纖維材料製造面積較大的機翼等部件,在遇到高速撞擊後極易發生大面積的材料分解斷裂,後果是毀滅性的。這個時候我們就必須放棄更輕、剛性更好的碳纖維,因為它比較脆;而選擇不那麼脆的材料,比如韌性較好的鋁合金。

而尾翼、雷達罩蓋等面積較小、碰撞風險較低的部位,選用碳纖維材料製造,可以明顯降低機體重量而帶來額外風險。

再說溫度。

戰鬥機的速度一般來說高於民用飛機,短時間內的變速需求也明顯高過後者。機翼、機體等大面積的部件在飛行過程中與空氣摩擦會產生極高的溫度。按照美軍用F22的資料來說,機翼表面工作溫度最高在230-250攝氏度之間。

雖然碳纖維本身擁有接近1000攝氏度的熔點,但用於工業製造的碳纖維複合材料並沒有這麼高的熔點,原因是用來做基材的樹脂材料並沒有太耐高溫。因此,上文提到的F22在必需用碳纖維材料製造機翼的情況下,採用了表層塗雙馬來聚醯胺樹脂的工藝,使耐溫達到260攝氏度以上。當然,現在我們有更高耐溫的碳纖維複合樹脂材料了。

回到問題本身來說,正因為處理高耐溫複合材料的工藝和成本都極高,所以選用成熟的鋁合金材料製造,是很符合常理的。

4樓:Phil

結構件有大量使用碳纖維增強樹脂基複合材料的,沒有用「碳纖維「的。合金類別那麼多,鋁鋰合金,鋁鎂合金,鈦合金……效能還是有些差別的。

建議去看看複合材料導論,還有材料力學。

5樓:S Eric

這個我可以很負責的告訴題主戰鬥機很多零部件已經開始用複合材料做主承力和次承力件了,但具體到機型和對應的零件涉密了就,題主可能不是行內人所以不太清楚。

6樓:

怎麼沒有用...

瀋飛最近的11B的垂直尾翼部件就是碳纖維的,直19直接用碳纖維做的支架。

目前還沒有大規模的用是因為成本高啊,而且碳纖維裡面有部分無定形碳,有一些缺陷,結果就是抗氧化能力降低,熔點降低,一般的碳纖維在空氣中300-500度就會被氧化,還有我記得碳纖維會昇華。。。所以碳纖維不是那麼穩定,使用週期會變短,很多不易更換的部件暫時還沒有用。

以及未來飛機的結構材料主要就是向複合材料發展了。

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