文章连载·美国赫氏：使用Hexcel复合材料推动飞行的未来
Since 1948, Hexcel advanced composites have been helping to propel the future of flight by reducing the weight of aerospace structures while maintaining their strength. Back then, aircraft were made primarily of metal alloys, which were extremely heavy, noisy, corrosive and required extensive amounts of maintenance making them less efficient than modern solutions for flight. The aerospace industry has steadily been adopting composite materials into their designs to achieve lighter solutions with the same strength of metal alloy counterparts yet with many added benefits such as corrosion resistance, lower required maintenance, advanced sound attenuation (noise reduction), greater design freedom and longer life spans. Since 1987, the use of composites in the aerospace industry has doubled every five years to the point now where many newer aircraft are made with more than 50% composite materials, such as the A350 XWB and the Boeing 777X.Hexcel 复合材料用于当今商用飞机的发动机和机舱、机翼和尾翼组件、机身、窗框、门、地板、镶板等等。A350 和 A320neo 以及波音 787 梦幻客机、737 MAX 和最新的 777X 等飞机都实现了增加使用复合材料的潜力。这些飞机不仅比它们的前辈更轻、更耐用，而且更省油。2008 年，Hexcel 获得了一份为所有 A350 XWB 复合材料主结构供应碳纤维预浸料的合同。这是该公司历史上最大的合同。Hexcel 在中等模量碳纤维方面的经验被用于设计HexTow® IMA以满足空中客车公司的要求。 HexPly® M21E 预浸料树脂基体由赫氏化学家开发，以确保在固化的预浸料层压板中充分优化纤维的高性能特性。A350 XWB 由空中客车和 Tier 1 使用 HexPly® M21E/IMA 建造的复合材料结构包括整个机身面板、龙骨梁、整个机翼（机盖、翼梁和中心翼盒）和尾翼。A350 XWB 下翼盖是迄今为止由碳纤维制成的最大的单个民航部件，长 32 米，宽 6 米。Hexcel 的复合材料广泛用于为波音 787 梦幻客机提供卓越的强度、刚度和减轻重量。787 Dreamliner 是第一款采用先进复合材料设计的机翼、机身和尾翼主要结构的商用客机。Hexcel 的碳纤维、结构预浸料、增强织物、蜂窝芯材和工程部件用于整个 787 的许多应用中，特别是在飞机的发动机和机舱、内饰和辅助结构中。Nacelles
机舱制造商率先采用了大量复合材料。到 1970 年代，为了减轻新一代大型高功率涡扇发动机所需的大型机舱的重量，设计师们转向了复合材料。当今的机舱主要由各种复合材料而非金属制成，不仅可以减轻重量，还可以提供卓越的隔音保护和减少维护的好处。由碳纤维和玻璃纤维、芳纶纸和高温树脂制成的复合材料彻底改变了现代机舱的构造方式。碳纤维环氧树脂预浸料通常占整个机舱结构体积的一半，包括进气罩、风扇罩和推力反向器。增韧环氧树脂预浸料，如 Hexcel 的HexPly® 8552和HexPly® M91环氧树脂基体，推荐用于需要高强度、刚度和抗冲击性的结构应用。引擎
近年来最大的进步是碳纤维风扇叶片在涡扇发动机上的成功应用。长期以来，行业标准一直是钛制风扇叶片，这种叶片坚固且大部分情况下耐腐蚀。钛叶片需要复杂的叠层和融合制造解决方案。这些叶片最大的缺点可能是它们的重量和维修难度，这相当于更高的燃料和维护成本。碳纤维叶片提供了一种更轻的解决方案，可节省燃料并大大减少维护需求，同时高韧性树脂系统满足冲击要求。在 1990 年代，为波音 777 客机提供动力的 GE90 是第一台成功实施环氧树脂/碳复合材料风扇叶片的商用涡扇发动机。借助碳纤维叶片，GE 能够将叶片数量从 36 个减少到 22 个，从而显着降低了发动机的整体重量。这些复合材料叶片的抗冲击性在接下来的 15 年中得到了证明，它们经受了 180 多次鸟击，只有一个叶片无法使用。Hexcel 先进的增韧 HexPly® 8551-7 环氧树脂基体是唯一符合 GE90 计划的系统。
由 CFM International（GE Aviation 和 Snecma 的合资企业）开发的 LEAP-1 发动机是首批使用复合材料风扇的单通道飞机发动机之一。该发动机上的风扇叶片由 3D 编织 Hexcel 的 HexTow® 碳纤维制成，然后将其注入树脂传递模塑 (RTM) 树脂。这种新的 3D 编织 RTM 技术不仅减轻了风扇模块的重量（每台发动机约 500 磅），而且还实现了用钛制造具有挑战性的叶片几何形状。这些风扇叶片具有很强的抗冲击性，据说非常耐用，以至于它们没有寿命限制并且免维护。2013年6月，赫氏与赛峰集团（斯奈克玛的母公司）签署了长期合同，为LEAP-1发动机项目提供复合材料。该合同包括 Hexcel HexTow® IM7 碳纤维，用于制造所有 LEAP-1 发动机风扇叶片和安全壳，包括为空客 A320neo 选择的 LEAP-1A；波音 737MAX 选择了 LEAP-1B，中国商飞 919 选择了 LEAP-1C。发动机内的其他部件，如风扇外壳、外部导叶、平台和整流罩，也正在转换为复合材料。蜂窝
蜂窝芯是一种材料，可为夹层结构提供额外的刚度和强度，而几乎不会增加重量。用于航空航天的蜂窝由多种材料制成，包括玻璃纤维、碳、铝和芳纶机械纸。除了其结构特性外，蜂窝还是一种高效的能量吸收器，可用于气流控制、声音衰减和介电应用。蜂窝用作机舱大部分组件的内部结构材料，包括进气口、风扇罩组件、推力反向器和声学衬垫。50 多年前，Hexcel 是第一家以商业规模生产蜂窝的公司，该公司通过为核心产品添加功能来继续创新。世界各地的主要机舱制造商使用 Hexcel 的 HexWeb® HRH-10、HRH-36、CR-PAA 和 HRP 芯设计其组件。近年来，蜂窝的革命性进步，Hexcel 的HexWeb® Acousti-Cap® 降噪蜂窝，使飞机发动机设计人员能够实现卓越的声学性能，包括在起飞和着陆期间显着降低噪音而不会增加结构重量。这种先进的蜂窝材料由嵌入蜂窝芯的可渗透帽材料组成，以形成声学隔膜。Acousti-Cap® 蜂窝不是将这种声学隔膜夹在单独的蜂窝板之间，而是通过将一个可渗透的盖插入单个蜂窝板的每个单独的单元中来创建的。这使设计人员能够从吸声角度保持面板结构简单且一致。HexWeb® Acousti-Cap® 产品的另一个关键特性是能够使用一种使接缝在声学上不可见的技术来缝合形成毯子的各种蜂窝段。事实证明，这对使用它的所有发动机都有显着的降噪效果。对于最终用户而言，这等同于降低机场着陆费、提高机舱舒适度以及减少其他声学处理，从而降低重量和成本。来源：美国赫氏，碳纤维生产技术编辑整理
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首次发布时间：2024-07-18
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