減輕重量,是飛機設(shè)計制造的重要追求,能夠賦予軍用飛機更強的飛行性能、提升民航飛機的燃油經(jīng)濟性。但如果飛機上的板狀零部件的厚度太薄,則會面臨強度、剛度不足的問題。相比于增加支撐框架,在兩層面板間添加輕質(zhì)、剛性的夾芯材料能夠在不顯著增加重量的情況下,大幅提升承載能力。
在玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂(玻璃鋼)制成的蒙皮內(nèi)外表面之間填充一層輕木或者泡沫塑料芯材。輕木也是最早用在飛機上的夾芯材料,例如二戰(zhàn)期間著名的木質(zhì)飛機——英國蚊式轟炸機,由兩層樺木夾一層輕木的膠合板制成。
在現(xiàn)代航空工業(yè)中,所采用的芯材包括蜂窩結(jié)構(gòu)和泡沫塑料。看似柔弱的蜂窩,卻能承受重卡的碾壓,因為穩(wěn)定的蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻礙了屈曲變形,這和瓦楞紙制成的紙板箱具有很強抗壓能力的原理是一樣的。
鋁是飛機上應(yīng)用最多的金屬,采用鋁合金面板+鋁蜂窩夾芯的結(jié)構(gòu)也就順理成章。
這是一段VFW614型飛機的機翼,其機翼后緣和擾流板由鋁蜂窩結(jié)構(gòu)直接做出相應(yīng)的造型。
順便提一嘴,這個VFW614是一款發(fā)動機架在機翼之上的奇葩,由西德的聯(lián)合航空技術(shù)-??耍╒FW-FOKKER)飛機公司研制,是一款載客40人的短程客機,1971年首飛,是西德在第二次世界大戰(zhàn)后首次開發(fā)噴氣式民航客機(東德的嘗試是1958年首飛的巴德152型客機)。這款飛機并未取得商業(yè)上的成功,總共只制造了13架,但仍堪稱德國航空工業(yè)的里程碑。之后更為人稱道的故事,就是法德合作的空中客車公司與美國波音公司的分庭抗禮。
當(dāng)復(fù)合材料被越來越多地應(yīng)用于飛機制造,鋁蜂窩能不能也被取代呢?
國外于1967年開始芳綸的工業(yè)化生產(chǎn),而我國的芳綸產(chǎn)業(yè)起步于上世紀(jì)80年代,曾與國外有較大差距,面臨國外企業(yè)的技術(shù)封鎖,芳綸纖維和芳綸紙長期依賴進口。煙臺民士達(生產(chǎn)氨綸和芳綸的泰和新材的子公司)與陜西科技大學(xué)的制漿造紙工程教授張美云合作,打破國外壟斷,實現(xiàn)芳綸紙的國產(chǎn)化,目前國內(nèi)還有超美斯新材料、深圳昊天龍邦復(fù)合材料公司等能夠量產(chǎn)芳綸紙。
正是當(dāng)代蔡倫的努力,讓中國飛機擁有輕盈強健的身軀。