材料减重一分,航空就向前一步迈进

1950年到1969年间,飞机突破音障的尝试屡屡失败,因为高速飞行时与空气摩擦产生的高温足以熔化铝合金。到了1969年,工程师们找到了一种解决方案——钛合金。这种材料把“钢”减到只有一半重,把重量比降到57%。道格拉斯DC-7把钛合金放进发动机舱和隔热板中。DC-7的成功不仅是航空史上的一个里程碑,也是未来数十年减重技术发展的起点。到了SR-71“黑鸟”这一代飞机,整个结构中93%的重量被钛合金取代。SR-71能承受尾喷管510℃和座舱盖340℃的高温,这个纪录直到今天还没有被打破。 进入20世纪70年代,复合材料加入战局。复合材料被用来取代传统金属制造飞机部件。它给设计带来了更多的灵活性。就像乐高积木一样,复合材料可以把纤维、基体和界面组合成各种不同的材料。复合材料像纤维一样分布在航空制造中。这个时期的代表作之一是A380客机的中央翼盒用碳纤维取代金属后减重1.5吨。 波音787飞机进一步证明了复合材料的威力。它把机身、机翼、尾翼和活动面全部交给碳纤维来制造。在波音787上,复合材料占了整架飞机结构重量的一半之多。铝合金的份额从第一位退居第二,钛合金和钢的合计占比不到三成。50%的复合材料带来了20%的空重降幅和翻倍的疲劳寿命。燃油消耗和维护成本都随着减重而降低。 现在中国自主设计的C919还有ARJ21支线客机也在走这条道路。航空技术的每一次进步都离不开材料和工艺的改进。如今的飞机不仅要飞得更快更远,还要更省油、更安全。材料减重一分,航空就向前一步迈进。