【专业讲堂】为什么碳纤维材料成为飞机机体的首选？
随着波音787梦幻客机和空中客车A350 XWB的引领，商业航空公司正在逐步利用碳纤维复合材料来制造飞机机身。由于碳纤维比钢强、比铝轻，而且可以加工成几乎任何形状，这就难怪航空航天工程师使用碳纤维复合结构材料来设计他们的梦想飞机。加上降低的燃料成本、改善的空气动力学特性和更少的零件要求，不难看出碳纤维已准备好成为未来首选的飞机结构材料。
众所周知，在航空业中，飞机越轻、运营成本越低。较低的重量提高了燃油效率，从而大大降低了飞机的总体运营成本。由于碳纤维复合材料的重量极强且坚硬，因此飞机制造商越来越倾向于该方向。
与传统的铝制飞机相比，使用碳纤维复合材料制造飞机的重量最多可减轻20％。专家估计，每减轻一公斤的重量，在飞机的整个生命周期中将总共节省约100万美元的成本
除了减轻重量外，影响飞机燃油效率的另一个重要因素是空气动力学。设计越时尚，飞机的燃油效率就越高。由于碳纤维复合材料的制造工艺可以产生非常光滑而复杂的几何形状，因此飞机设计人员可以更轻松地优化碳纤维飞机的空气动力学性能。
此外，碳纤维的高刚度有利于在商用飞机中使用后掠式机翼设计，通过减少空气动力阻力，可将燃油消耗最多降低5％。
制造飞机时采用碳纤维有助于降低成本的另一个原因在于：飞机制造所需零件数量的下降。例如，空中客车A380通常由大约600万个零件组成。但是，由于碳纤维复合材料零件是模塑成型而加工的，因此可以设计每个模具，以便将几个不同的零件组合到一个模具中，从而显着减少构建平面所需的零件数量。
由于构建飞机所需的组件更少，因此会需要更少的制造时间。此外，由于碳纤维零件的重量更轻，因此操作和组装所需的人员更少。所有这些因素加起来大大节省了飞机制造的成本。
基于碳纤维材料的未来飞机设计
在空气动力学效率控制和节省燃油方面，使用碳纤维代替传统的金属来制造飞机，可以为飞机设计师提供更大的灵活性。这种灵活性也使人们有机会改变传统的飞机设计。
未来的商用飞机可能会包含机身和机翼融合在一起的设计，类似于今天的某些军用飞机。这种设计大大提高了飞机的升/降比，使飞机在提高空气动力学效率的同时还减轻了重量。
一架最新的空中客车概念飞机推出了一种带有更宽且弯曲的机身的飞机，旨在改善气流并提供更多的机舱空间。更长更薄的机翼将减少阻力并提高燃油效率。U形尾巴可起到屏蔽作用，以减少发动机噪音。
篇尾语
尽管自1970年代以来碳纤维已用于飞机制造中，但随着制造技术的提高，在商用飞机的设计和制造中寻找新方法，由于碳纤维复合材料的重量轻、强度惊人、表面光滑，因此必将是制造飞机许多零件的理想材料。
在飞机机体上使用碳纤维可以使它们更省油，更具空气动力学性能，并且可以用更少、更轻的零件制造飞机。所有这些因素加起来降低了制造和运营成本。难怪当今的概念飞机会更多地使用碳纤维复合材料。显然，碳纤维将成为制造未来飞机机体的主要材料。