新材料可能改变飞机维修 |
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![]() 美国空军每20年左右花费数百万美元更换C-130E和C-130H飞机上世纪70年代设计的翼盒。如果翼盒是由CentrAl制成的,就不需要更换。在这里,一架来自佛罗里达州赫尔伯特菲尔德第16特种作战中队的AC-130H炮舰飞机丢弃照明弹作为红外对抗手段。 研究人员表示,一种含有铝和玻璃纤维层的新型复合材料可以为运输机运营商节省数十亿美元的维护和运营成本。 美国铝业巨头美铝公司、材料技术公司GTM Advanced Structures和荷兰代尔夫特理工大学的科学家已经为一种名为CentrAl增强铝的纤维金属层压板(FML)申请了专利,用于飞机制造。 代尔夫特理工大学航空航天材料系主任Rinze Benedictus表示,CentrAlp的抗拉强度比高强度氧化铝高出约25%,对金属疲劳具有极高的抵抗力,并且具有高度的耐损伤性。 Benedictus说,同时,它非常轻,由CentrAl和铝制成的运输机机翼不仅比碳纤维复合材料制成的机翼坚固得多,而且可以轻20%。 他说:“我们认为一架大型飞机(使用碳纤维复合材料)可以节省600到800公斤——我们估计节省的重量大约是机翼重量的15%到20%。”这一点尚未得到证实,因为还没有人使用这种新材料制造机翼,但使用CentrAl制造的机翼可能比碳纤维复合材料机翼更容易维修和维护。 不同种类的图层 与空中客车公司在大型A380的上机身和稳定器前缘广泛使用的Glare材料类似,但采用了更厚的层压板,CentrAl从夹在铝层之间的玻璃纤维/环氧树脂层开始。 纤维和铝之间是一层专有的富含树脂的材料,其开发人员称之为“BondPreg”。这些层使铝粘附在玻璃纤维上,也有助于在整个层压材料中均匀分布应力载荷。使用BondPreg将先进的厚铝层牢固地附着在CentrAllamite上,形成三明治的外部。 美国空军首席科学家的军事助理罗伯特·弗雷德尔上校说,CentrAl“非常抗裂”。在模拟较低机翼蒙皮的试验板中,CentrAl中人工锯切产生的疲劳裂纹的增长速度是传统铝结构的10到100倍,甚至在应力水平高出25%的情况下也是如此。 Sorresistant是空军科学家正在考虑使用的金属疲劳中心,用于更换许多老化运输机的结构,特别是其运营的数百架LockheedMartin C-130战术运输机。 空军、预备役和空军国民警卫队在伊拉克和阿富汗等恶劣环境中密集操作C-130。Fredell说,上世纪70年代老式-130E和C-130H的一些设计结构需要每100飞行小时进行一次重大结构检查。 C-130的巨大节省 他估计,使用CentrAl替代C-130易疲劳区域的铝,如机翼下蒙皮,可以为美国空军在每架新C-130的使用寿命中节省至少2000万美元的维护成本。 有了C-130,“在大约20年后,有了在中年更换中央翼盒的历史,”Fredell说。“不幸的是,我们用我们移除的东西来替换它”——一种20世纪70年代设计的易疲劳铝翼盒,通常需要在一二十年后再次更换。 每次美国空军更换C-130中央翼盒时,都要花费高达800万美元来拆除飞机的机翼。此外,每六年,每架C-130都需要进行一次大修,美国空军称之为“项目部维护”。相当于对客机进行“重型D检查”,每次大修花费美国空军数百万美元。 然而,有了CentrAl,“建造机翼蒙皮的技术已经存在,需要在飞机寿命至少50年后进行第一次检查,”Fredell说。“所以,随着飞机的老化,你不需要增加检查频率。实际上,你最终会得到一个结构,飞行员在飞行前绕一圈,如果叉车在晚上没有撞到飞机上,只需给它通电就可以起飞。” 他说,CentrAl最有效的用途将是制造新飞机。运营商将在每架飞机的整个使用寿命内节省维护和运营成本。 但是,考虑到空军和美国军方的其他部门继续接收新的C-130J,除了在其结构中使用传统的7000系列T6铝合金外,没有任何计划。也没有计划用新材料制成的翼盒重新改造旧的C-130E和C-130H。这是可以理解的:美国军方在20世纪70年代制造C-130和许多其他飞机的铝材料方面有着丰富的经验。 “魔鬼非常昂贵” 弗雷德尔说:“我们知道魔鬼,但魔鬼非常昂贵。”他补充道,鉴于已经进行的研究,特别是在欧洲,为CentrAl制造的C-130开发一个新的翼盒只需要2000万至4000万美元。 虽然使用CentrAl的想法“仍然是一个提议,而不是一个计划”,但空军研究实验室正在通过其材料可承受性倡议资助波音公司、洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司,对材料的特性和演示进行初步研究。 C-130可能为美国空军使用CentrAl提供了最有说服力的理由,但因其不那么迷人的外观而被亲切地称为“Warthog”的飞行儿童-10霹雳II提供了另一个有用的机会。A-10在美国空军服役期间非常有效,现在正在进行中期翻新,以延长其数十年的使用寿命。 Benedictus表示,如果CentrAl被用于制造订单中哪怕十分之一的商用飞机,航空公司每年都将节省数十亿美元的维护和运营成本,并指出两艘新的俄罗斯支线飞机的制造商计划使用这种材料。同时,A350 XWB还没有完全设计好。空中客车是否表现出了兴趣?“无可奉告,”他说。 |