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 隨著波音787夢幻客機和空中客車A350 XWB的引領(lǐng)，商業(yè)航空公司正在逐步利用碳纖維復(fù)合材料來制造飛機機身。由于碳纖維比鋼強、比鋁輕，而且可以加工成幾乎任何形狀，這就難怪航空航天工程師使用碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料來設(shè)計他們的夢想飛機。加上降低的燃料成本、改善的空氣動力學(xué)特性和更少的零件要求，不難看出碳纖維已準(zhǔn)備好成為未來首選的飛機結(jié)構(gòu)材料。

碳纖維材料可以提高燃油效率

眾所周知，在航空業(yè)中，飛機越輕、運營成本越低。較低的重量提高了燃油效率，從而大大降低了飛機的總體運營成本。由于碳纖維復(fù)合材料的重量極強且堅硬，因此飛機制造商越來越傾向于該方向。與傳統(tǒng)的鋁制飛機相比，使用碳纖維復(fù)合材料制造飛機的重量最多可減輕20％。專家估計，每減輕一公斤的重量，在飛機的整個生命周期中將總共節(jié)省約100萬美元的成本。

碳纖維材料可改善空氣動力學(xué)性能

除了減輕重量外，影響飛機燃油效率的另一個重要因素是空氣動力學(xué)。設(shè)計越時尚，飛機的燃油效率就越高。由于碳纖維復(fù)合材料的制造工藝可以產(chǎn)生非常光滑而復(fù)雜的幾何形狀，因此飛機設(shè)計人員可以更輕松地優(yōu)化碳纖維飛機的空氣動力學(xué)性能。此外，碳纖維的高剛度有利于在商用飛機中使用后掠式機翼設(shè)計，通過減少空氣動力阻力，可將燃油消耗最多降低5％。

碳纖維減少了零件數(shù)量

制造飛機時采用碳纖維有助于降低成本的另一個原因在于：飛機制造所需零件數(shù)量的下降。例如，空中客車A380通常由大約600萬個零件組成。但是，由于碳纖維復(fù)合材料零件是模塑成型而加工的，因此可以設(shè)計每個模具，以便將幾個不同的零件組合到一個模具中，從而顯著減少構(gòu)建平面所需的零件數(shù)量。由于構(gòu)建飛機所需的組件更少，因此會需要更少的制造時間。此外，由于碳纖維零件的重量更輕，因此操作和組裝所需的人員更少。所有這些因素加起來大大節(jié)省了飛機制造的成本。

基于碳纖維材料的未來飛機設(shè)計

在空氣動力學(xué)效率控制和節(jié)省燃油方面，使用碳纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬來制造飛機，可以為飛機設(shè)計師提供更大的靈活性。這種靈活性也使人們有機會改變傳統(tǒng)的飛機設(shè)計。未來的商用飛機可能會包含機身和機翼融合在一起的設(shè)計，類似于今天的某些軍用飛機。這種設(shè)計大大提高了飛機的升/降比，使飛機在提高空氣動力學(xué)效率的同時還減輕了重量。一架最新的空中客車概念飛機推出了一種帶有更寬且彎曲的機身的飛機，旨在改善氣流并提供更多的機艙空間。更長更薄的機翼將減少阻力并提高燃油效率。U形尾巴可起到屏蔽作用，以減少發(fā)動機噪音。

盡管自1970年代以來碳纖維已用于飛機制造中，但隨著制造技術(shù)的提高，在商用飛機的設(shè)計和制造中尋找新方法，由于碳纖維復(fù)合材料的重量輕、強度驚人、表面光滑，因此必將是制造飛機許多零件的理想材料。在飛機機體上使用碳纖維可以使它們更省油，更具空氣動力學(xué)性能，并且可以用更少、更輕的零件制造飛機。所有這些因素加起來降低了制造和運營成本。難怪當(dāng)今的概念飛機會更多地使用碳纖維復(fù)合材料。顯然，碳纖維將成為制造未來飛機機體的主要材料。