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市场应用·城市地铁节能新星:碳纤维地铁

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本文摘要:(由ai生成)

碳纤维地铁车辆由中车青岛四方公司制造,采用碳纤维复合材料与先进自动化技术,整车减重13%,具备低能耗、优异噪声和振动控制性能,以及长寿命、低维护成本的特点。预计中国全面采用碳纤维地铁可节约15%能耗,大幅降低能源消耗和运行成本,展现碳纤维在地铁制造业的巨大潜力。

  

聚焦核心关键技术

  以新材料新工艺牵引轨道交通装备革新

碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。

中车青岛四方公司设计的碳纤维地铁内部

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,其比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。

  


碳纤维50年代之初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生。碳纤维复合材料优势在于:高强度(是钢铁的5倍)、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数(变形量小)、热容量小(节能)、比重小(钢的1/5)、优秀的抗腐蚀与辐射性能。  

  中车青岛四方公司设计的碳纤维地铁外部

传统的轨道交通车辆车体材料主要有铝合金、不锈钢和碳钢,铝合金车体存在应力腐蚀、外表处理困难、焊接要求高、疲劳强度低等问题;不锈钢车体存在密封性差、局部屈曲、焊接变形等问题。碳钢车体存在易腐蚀、不利于轻量化、焊接变形大等问题。碳纤维增强复台材料因其优异的特性受到广泛关注,其中碳纤维增强树脂基复合材料(碳纤维复合材料)是目前最受青睐的一种。


地铁碳纤维复合材料转向架构架使用了先进的自动化成型技术,侧梁采用编织预成形体+RTM工艺,横梁采用干法缠绕预成形体+RTM工艺,自动化程度高,产品质量稳定,较传统碳钢构架减重44.4%,经第三方实验机构检测,其静态及疲劳性能优异。


我们面前这辆碳纤维地铁由中车青岛四方机车车辆股份有限公司设计,列车运行全过程为全自动驾驶。据公开资料显示:车辆设置强大的智能监测和预警系统,实时感知列车状态,实现在途故障预警。该列车还具有客室噪声降低5分贝以上、可根据客流变化灵活编组等特点。碳纤维复合材料代替传统金属材料进行地铁车厢的制作,车体总质量降低了40%,列车采用先进的碳纤维技术,车体、转向架构架、司机室、设备舱等,均使用碳纤维复合材料制造,整车减重13%。同时,牵引系统采用新型高效节能的碳化硅逆变器和永磁同步牵引电机,车辆更轻,牵引系统更高效,跑起来节能15%以上。各项性能指标均完全达到设计要求,并且在噪声、车体震动以及形变方面都获得大幅改善。


地铁建设投资巨大,其后期的运行维护成本也相当的大。大比例地采用碳纤维复合材料将有效降低地铁的自重,可以减少不必要的能耗和轨道磨损等。碳纤维高性能比让列车使用寿命延长,后期维护成本也更低。

碳纤维地铁车内

据交通运输部数据,截止2020年底我国城市轨道交通运营里程7545.5公里,如果城市地铁都更换为碳纤维地铁,按节约15%的能耗计算,节约量将是非常可观的数字。

城市地铁节能新星 - - 碳纤维地铁


作者/摄影 吴新民  编辑 晋明

来源:复材网

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来源:碳纤维生产技术
疲劳复合材料航空轨道交通焊接电机自动驾驶材料纺织
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-14
最近编辑:3月前
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市场动态·ARJ21、C919、CR929全线发力-2021年商飞很忙

本文摘要:(由ai生成)2021年对商飞和国产客机至关重要,ARJ21需交付100架,C919要完成首架交付,CR929设计冻结并开工。尽管面临生产挑战,但C919交付有望,且中俄合作未受影响。配套发动机研发中,短期内仍需依赖国外供应。美国对C919发动机制裁可能性低,因涉及美国航空工业利益,且波音需中国支持737MAX复飞。2021年,对于商飞和国产客机来说,是至关重要的一年,因为三大机型的发展都到了关键节点。首先是ARJ21支线客机,计划在2021年内累计完成交付100架;其次是C919干线客机也要在2021年完成交付1架的“小目标”,第三则是中俄联合研制的CR929设计冻结,开工建造首架原型机,那么这“三个一”目标能够如期完成吗?今天我们就来聊聊这个话题。2021年,商飞能实现“三个一”目标吗?首先我们来看看ARJ21,在此前的5年多时间内,总共才交付47架,其中包括成都航空24架、天骄航空5架、江西航空4架、国际航空4架、东航一二三航空3架、南航3架、华夏航空2架,以及中飞通航的2架。如果包括无偿转让的一架二手机,则截至目前,ARJ21总共交付了48架。江西航空的乘务员小姐姐也就是说,如果要完成2021年累计完成交付100架的小目标,那么在今年剩下的时间内,ARJ21至少还要交付52到53架,这是一个十分艰巨的任务。因为此前它的产量并不高,比如在2015和2016年,它分别只交付1架,2017年为2架、2018年6架、2019年12架、2020年最多,但也只有22架。天骄航空的ARJ21而从今年的情况来看,两个多月的时间已经过去了,ARJ21新交付的数量却只有2到3架。从生产情况来看,大场的产线已经关停,只剩下浦东。而浦东的ARJ21总装厂房于2014年建成,却只建了一半,拖了4年半,到2019年才正式投产,如果能早一年投产,那么今年类似交付数量达到100架的目标就比较容易完成了。浦东如果能早一年投产,事情就好办多了对于C919来说,2020年11月7日已经进入局方审定试飞阶段,而在2021年3月1日,东航更是与商飞签订购买5架C919采购合同,将成为C919的首家用户,这给该机在今年内完成首架量产型交付的小目标,起到了决定作用。东航一二三航空将首先使用C919而在近日,由航空工业合肥航太承担完成的C919全机雷电适航取证试验工作也圆满完成。那么接下来它还有两项最重要的工作,一是赴加拿大进行自然结冰测试,二则是取证试飞,如果这两项工作都能够在今年年底之前完成,那么它的交付工作将步入正规,2021年完成第一架量产机交付不会有太大的问题。C919客机目前,C919获得的各种形式的订单已接近1000架,而首批C919量产机的制造工作早在2019年9月就已经开始了。据媒体的报道,它的产能甚至可以达到每年生产150架的惊人规模,虽然相比波音来说仍是九牛一毛,但对于我国民用航空的来说,则是创造历史的。产线上的C919第三,则是中俄联合研制的双通道大客机CR929。2021年1月23日,中国商飞预研总师杨志刚透露,预计今年首架CR929飞机开工制造,这意味着它已经冻结技术状态。此前,外界传言中俄就CR929的技术和市场份额分配问题产生了分歧,从现在的情况来看,双方应该是已经解决了这个重大问题,继续回到携手合作的道路上了。CR929无论是ARJ21、还是C919、CR929,国内都在研制与它们配套的发动机,比如ARJ21采用的CJ500和涡扇12C早在多年前就已经立项,而C919的CJ1000A已经进入试飞院,即将或者正在伊尔76上进行高空试飞,还有一个涡扇20的民用版SF-A作为“备胎”。CR929的CJ2000AX推力可以达到35吨级,在去年就已经完成整机装配,核心机首次点火成功。CJ1000A发动机不过,所有的这些努力都仍需要时间的磨练,最快的也要在2025年开始投入使用,因此在这几年里,ARJ21、还是C919、CR929仍需要依靠国外的发动机进行试飞和运营。其中ARJ21由于是支线客机,并非美国防范的重点,因此其采用的与美军A10攻击机的TF34-GE-100同源的通用电气CF34-10A发动机,供应一直比较稳定。ARJ21的发动机与美军A10的动力系统同源而C919采用的CFM LEAP-1C发动机,虽然美国一直气势汹汹扬言制裁和禁运,但他们首先得问问其国内的航空工业巨头答不答应,因为根据市场预计,CFM LEAP-1C差不多是美国发动机提供商今后目前唯一赚钱的项目了。而且我们还利用市场换技术,跟大量的美国航空设备和技术提供商进行了利益捆绑,一旦我们遇到困难,他们的资本家会去游说他们的政府的。断供C919,先问问你国内答不答应更重要的是,波音公司在737MAX和疫情的双重打击下,急需重新批准737MAX系列客机在全世界范围内复飞,而其中的关键,就是我国的态度。这让我们有足够的资本将737MAX与C919进行捆绑,给发动机、给适航证,737MAX改好问题之后,还有希望复飞。不给,以中国市场为重点的737MAX就完了,而我们的C919则可以换装国产发动机,飞国内市场,照样能迭代盘活整个项目。737MAX能否在中国复飞,得看C919的心情对于美国政府来说,封禁C919,是“杀敌八百、自损一千”的招数,其政府不过是资本家的代言人,这决定了它不敢做也做不了封禁C919的事情。至于CR929,外界猜测先期可能采用英国罗罗公司的TRENT 7000发动机,而俄罗斯最大发动机PD-35可以作为它的“备胎”,情况反而比C919好一些。TRENT 7000发动机根据统计,未来20年内,我国民航市场会超过美国,变成世界第一大民航市场,可能需要8000到9000架客机,其中20%为宽体干线飞机,比如CR929,60%为窄体干线飞机,也就是C919级别的,剩下20%为支线飞机,比如ARJ21。正是这么大的市场,让我们有了同步发展三型国产客机的信心和勇气,不管今年商飞能否顺利完成“三个一”目标,胜利必将属于我们。永不放弃来源:旋翼风相关文章链接 大飞机·CR929项目供应商名单公布特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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