2009年12月15日,波音787“梦想客机”的原型机完成首飞。787是新世代机型的代表,对应竞争对手是空客的330和最新的350(其实与777也有一些重叠市场),由于B787使用了大量新技术,传统的适航法规已经无法适应,为此波音与FAA合作,编写了大量新的适航标准而由于美国民航业已经波音一家独大,传统的FAA邀请麦道、洛马等不同公司的工程师合作,交叉审定适航标准的做法已经不可行了,所以这些适航标准可以说就是波音自己按需编写的。
然后就出现了大功率锂电池适航标准短短几年改版多次的“特殊情况”。而且还会有其他故障(ANA的787经常趴窝),加上现在社媒发达,网上有不少黑它的段子,所以还不太好说是否可以成就经典,不过销量不错,毕竟技术和性能放那,后续的787-9也预订了不少。
之前有网友提出波音787大量采用碳纤维复合材料,是不是存在隐患?万一飞机出现事故,碳纤维材料是否会燃烧产生有毒的CO等气体造成更大的危害?相比铝合金,碳纤维复合材料的微小裂缝、疲劳损坏等容易检测维护吗?
虽然复合材料有着诸多好处,但是波音787仍然保留了20%的铝,15%的钛,10%的钢,这是复合材料不耐高温、不耐冲击的特点所决定的。碳纤维本身虽然不怕热,但是将其粘结成型的树脂基体却很难耐受高温;尤其是波音787上普遍使用的环氧树脂类产品,一般最大工作温度不高于150摄氏度。F-22由于存在超声速巡航需求,飞机外表会长时间与空气高速摩擦;因此在机翼复合材料上不惜使用韧性更差、更不耐冲击的双马来酰亚胺树脂基体以获得260摄氏度的最大工作温度。波音787的钛、钢结构中,就有相当一部分是用于发动机吊架等高温结构。
图:发动机吊架等部位不能使用复合材料
波音787上的铝合金结构主要承担的则是预防飞鸟撞击的功能,以避免复合材料在高能量冲击下直接解体引发灾难性事故。F-22上也有过类似的反复:它的机翼大梁等核心承力结构最初计划使用复合材料,但试验证明它抗机炮破坏的能力远远无法达到要求,最终又换回了钛合金材料。
这源自于复合材料的两个缺陷:首先它一层与一层之间的结合力非常薄弱,而一旦出现分层的情况,就会对其整体性能造成严重的破坏。其次用以粘结碳纤维、形成复合材料整体的树脂基体的韧性都很差。
787静力试验中断裂的复合材料
事实上比起飞行中撞鸟、或者挨上几发炮弹这种概率比较低的情况,复合材料结构往往更怕的是日常的低能量冲击:比如被维修人员失手掉下的扳手给砸了——这就足以导致它形成内部的层间缺陷,然而从外表却很可能根本看不出痕迹。当一个复合材料部件的冲击损伤在表面已经可以勉强目视发现时,它内部已经出现大范围的基体开裂和分层,强度可以骤降到无损状态的40%。事实上飞机复合材料部件最多的损伤就是在维护过程中各种碰撞、拆卸而产生的。
在传统的钢、钛、铝合金部件加工过程中,人们几乎不需要考虑中毒的问题,环境污染也很易于控制,但是对复合材料部件生产来说这就完全不同了。虽然碳纤维本身主要是腈纶纤维碳化以后剩下的单质并无毒性,作为复合材料基体的树脂类材料也多数无毒或者低毒;但是促使液态树脂的小分子交联成三维立体高分子变成固体结构的固化剂,以及各种有机溶剂、助剂,它们带来的毒性和污染问题一直比较严重。
不过787整体来说还是不错的,虽然还是存在一些问题,但科技技术性难题是需要投入时间和金钱的。毕竟,没有哪一款飞机可以做到完美无瑕疵。
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