《航宇制造和設(shè)計雜志》網(wǎng)站(onlineamd)6月10日刊文分析,民用航空公司、飛機設(shè)計者和工程師都在謹慎的主導(dǎo)著進一步挑戰(zhàn)輕重量飛機的發(fā)展。汽車工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了通過開發(fā)輕重量車輛和替代燃油系統(tǒng)的再次發(fā)展,因此可能會有人認為這種技術(shù)也可以被輕易的轉(zhuǎn)移到飛機上,盡管這些模式的發(fā)展已經(jīng)在并行進行,但要想獲得更輕的飛機其方案已經(jīng)被證明將會更加復(fù)雜。
此前已經(jīng)開發(fā)的波音787飛機的機體結(jié)構(gòu)幾乎有一半采用了碳纖維增強樹脂(CFRP)和其他復(fù)合材料,按照波音公司的評定,這種方式獲得了比傳統(tǒng)鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計平均低20%的重量削減??湛虯350的混合機身、隔框、機翼、起落架和其他結(jié)構(gòu)采用了各式各樣的材料,其中包括52%的復(fù)合材料、20%的鋁或鋁鋰合金材料,14%的鈦材、7%的鋼材以及7%的其他材料。
實踐證明,輕重量的獲得要求每種材料必須進行性能最優(yōu)化以適應(yīng)所用飛機部位的需求。此前輕材料的使用已經(jīng)多見于飛機結(jié)構(gòu)和部件,而進一步的減重途徑可能會集中在兩個方面,即發(fā)動機和內(nèi)飾。研究表明新的更輕的航空發(fā)動機將可以實現(xiàn)20%的燃油消耗削減。在過去的約20年間,民用飛機發(fā)動機已經(jīng)在開展復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的制造,并且當(dāng)前階段一些陶瓷基復(fù)合材料也正被引入進發(fā)動機的熱段部位以獲得更好的性能和更低的重量。例如GE航空已經(jīng)在波音787的發(fā)動機上采用了碳纖維復(fù)合材料來制造風(fēng)扇葉片并降低風(fēng)扇葉片的數(shù)量,此外,還采用了鈦鋁低壓渦輪來減輕發(fā)動機重量。而NASA近期正在開展的防粘涂層試驗則從另一種角度開啟了飛機減重的研究,還有一些通過創(chuàng)新機上垃圾箱以及廁所等的方法來降低飛機重量、提升效率的研究也在開展。
然而,不管采用何種減重途徑或方法,最關(guān)鍵的是要進行變量優(yōu)化,尤其是隨著當(dāng)今人們對復(fù)合材料的關(guān)注度的提升。這種材料不像金屬結(jié)構(gòu),它需要對多種變量進行工程優(yōu)化和考量,這就必須要用到設(shè)計優(yōu)化軟件,因為如果沒有這種設(shè)計優(yōu)化軟件,僅靠人力是不可能實現(xiàn)所有的形狀、角度以及其他方面參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計的