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美軍新一代作戰(zhàn)直升機選用碳纖維復合材料

美國國防部正在為美軍研發(fā)下一代垂直起降作戰(zhàn)飛機（VTOL），用以替代即將退役的UH-60黑鷹直升機。貝爾公司生產(chǎn)的V-280型直升機被納入考量。該機型在旋翼、機艙和機尾部分大量采用了碳纖維復合材料。

V-280的研發(fā)過程集結(jié)了11 家合作伙伴，進行專業(yè)的分工。其中包括GKN航空公司（負責機尾結(jié)構）、Spirit航空系統(tǒng)有限公司（機身）、Eagle科技有限公司（傾轉(zhuǎn)旋翼）和東麗美國公司（供應碳纖維預浸料）。

根據(jù)美國航空周刊報道，V-280首次在旋翼部位使用一種碳纖維蒙皮與蜂窩芯材構成的三明治結(jié)構，它的傾轉(zhuǎn)旋翼更是采用全碳纖維制造，加上其他部件的輕量化設計，大大減輕了飛機自身的質(zhì)量。

據(jù)稱，V-280很可能將是世界上飛行速度最快的軍用直升機，巡航時速高達280 節(jié)（約518 km/ h）。對比之下，黑鷹直升機的時速僅有150 節(jié)（約274 km/h）?！癡-280保持了與前任黑鷹相同的負載，但飛行速度卻達到后者的兩倍?！必悹栔鄙龣C先進傾轉(zhuǎn)旋翼系統(tǒng)副總裁Vince Tobin表示說，“如果給一家黑鷹戰(zhàn)機施以相同的載荷，它需要在半程時停下來休息。就在黑鷹戰(zhàn)機重新加滿燃油的過程中，V-280早已到達目的地了。

V-280預計將于2017年9月首飛，成為Sikorsky/Boeing SB-1（約462 km/h）飛機強有力的競爭對手。

波音將采用阿聯(lián)酋碳纖維復合材料生產(chǎn)777X機型部件

2016年7月11日，波音公司宣布阿聯(lián)酋Mubadala和比利時Solvay兩家公司所成立的合資公司將成為777X機型碳纖維預浸料供應商。

波音是Mubadala-Solvay合資公司的首位客戶，合資公司將為波音777X系列機型生產(chǎn)尾翼、地板橫梁等一次結(jié)構件用碳纖維復合材料。該合資公司表示，將于2021年在阿聯(lián)酋艾因（Al Ain）綠洲建設一家新工廠。

波音公司總裁兼首席執(zhí)行官Ray Conner稱，此次與Mubadala-Solvay合資公司的密切合作，能夠滿足波音777X系列機型對碳纖維預浸料的需求，同時有利于實現(xiàn)波音公司的幾個重要發(fā)展目標。阿聯(lián)酋未來先進航空工業(yè)的發(fā)展也將進一步拓展和完善波音公司高性能材料的供應鏈。

Mubadala公司航空航天與工程服務業(yè)務負責人Homaid Al Shimmari表示，“波音是我們重要的國際合作伙伴，我們將與Solvay一起，通過不斷擴展先進復合材料產(chǎn)能來拓展產(chǎn)業(yè)鏈，形成先進材料生態(tài)系統(tǒng)。將在艾因Nibras航空產(chǎn)業(yè)園中建設的新工廠會成為阿布扎比的區(qū)域航空樞紐，助力實現(xiàn)‘阿布扎比經(jīng)濟展望2030’?！?/p>

波音777是最早采用復合材料生產(chǎn)關鍵結(jié)構部件的商業(yè)飛機，將擁有全球最長的復合材料機翼。波音777X將于2017年生產(chǎn)，2020年交付使用。

2009年以來，波音和Mubadala公司簽訂了多項互惠互利合作協(xié)議，其中包括先進航空復合材料的制造。2013年，波音和Mubadala公司宣布了雙方新的框架戰(zhàn)略協(xié)議，Mubadala公司自此成為波音長期的一級供應商。

Solvay公司為波音公司所有的商業(yè)飛機項目提供復合材料及粘合劑，是波音30多年的重要供應商。

瑞士RUAG集團將為阿里安6型運載火箭開發(fā)CFRP整流罩

近期，RUAG集團簽訂了一份新型整流罩的供貨協(xié)議。合同內(nèi)容包括向歐洲阿里安項目主承包商空客賽風火箭公司提供將于2020年首次發(fā)射的阿里安6型火箭的模型。

在阿里安6型火箭項目中，歐洲航天工業(yè)通過一系列新產(chǎn)品的開發(fā)不斷提高國際競爭力。其中，多用途運載火箭將在未來30 年保證歐洲自由進出太空的安全性，并保證阿里安號在商業(yè)市場上的競爭優(yōu)勢。由于阿里安6型火箭有A62和A64兩個版本，既能勝任輕型又能勝任重型的衛(wèi)星發(fā)射任務，因此阿里安6型火箭是能夠滿足市場需求的理想裝備。阿里安6型火箭計劃于2020年首次發(fā)射，到2023年其發(fā)射頻率將增至每年12 次。

RUAG集團開發(fā)的碳纖維整流罩長20 m，位于火箭尖端，為阿里安提供了氣動外形，并在發(fā)射前和穿過大氣層時對衛(wèi)星實施保護。

RUAG集團是歐洲阿里安項目的重要參與者，從1979年12月24日，阿里安火箭首秀至今，歐洲空間局所有火箭發(fā)射任務的整流罩均產(chǎn)自瑞士，從無例外。另外，小型歐洲“織女星”火箭、美國“宇宙神-5”火箭也采用了RUAG集團生產(chǎn)的整流罩。

為了鞏固在全球復合材料整流罩市場的領導地位，RUAG集團最近已開始行動，在荷蘭Emmen設立了一個復合材料中心，該中心采用現(xiàn)代化成型工藝能夠顯著降低整流罩的成本。

AVS-SYS公司開發(fā)超輕航空部件

復合材料設計工程公司AVS-SYS最近開發(fā)了包括專業(yè)航空管道在內(nèi)的一系列航空用超輕復合材料零部件。

該公司最初設計的碳纖維復合材料零部件主要用于剛性航空管道，但該技術同樣可以用于面板、天花板、其他內(nèi)飾件等眾多航空部件。

AVS-SYS公司稱，在不影響部件的外形和功能的前提下，新產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品相比可減質(zhì)量40%，零部件的制造也完全符合相關的航空標準。該公司估算，應用新型管道后，一架窄體飛機的空氣分配系統(tǒng)可減質(zhì)量約60 kg，從而顯著的降低燃油消耗，飛機服役期間的維護成本和對環(huán)境的影響也將隨之減少。

AVS-SYS公司是高性能復合材料產(chǎn)品和體系的設計制造商，目前公司主要的研發(fā)目標是面向航空工業(yè)及其他領域，設計開發(fā)出質(zhì)量更輕、加工時間更短、結(jié)構更簡化、對環(huán)境影響更小、材料成本更低、可回收性更強以及與現(xiàn)有成型工藝兼容性更強的產(chǎn)品和技術。

俄商用客機MC-21大量采用復合材料

俄羅斯聯(lián)合航空制造公司日前舉辦了一場國際新聞發(fā)布會，高調(diào)展示了最新研發(fā)的Irkut MC-21噴氣式客機。該機型造價約為3.5×109美元，有望與空客320和波音737一較高下。俄羅斯聯(lián)合航空制造公司新聞發(fā)言人表示，與波音和空客同等機型相比，Irkut MC-21擁有更高的能效。

為減輕機身質(zhì)量，Irkut MC-21大量使用了復合材料。據(jù)介紹，該機型與空客A320相比，減輕了15%的結(jié)構質(zhì)量、減少了20%的運營成本和降低了15%的油耗。

援引Aerotime雜志的報道稱，在Irkut MC-21最初的設計中，復合材料的使用質(zhì)量分數(shù)達到33%。而在2015年的修改方案中，因為機翼部分也采用了復合材料，這一質(zhì)量分數(shù)迅速提升到40%～45%。

在飛機機翼的生產(chǎn)過程中，采用了碳纖維復合材料和OOA非熱壓罐制造工藝。一旦成功，MC-21將成為首款利用OOA非熱壓罐工藝生產(chǎn)一級結(jié)構的商用客機?！皬募夹g角度講，MC-21已經(jīng)超越了現(xiàn)有的飛機以及其他飛行器?！倍砹_斯總理梅德韋杰夫表示說，“我相信他將會是一款經(jīng)濟實惠、安全、值得信賴的飛機。它的問世表明，我國不僅有能力提振自身的航空工業(yè)水平，更有潛力與其他國家的飛機一較高下?！?/p>

這款雙引擎噴氣機將生產(chǎn)3 個型號，可搭乘的乘客數(shù)量從150～211 人不等，續(xù)航能力在5 500～6 000 km。該機型將于2016年年底開始飛行測試，2017年底完成全部認證和審查。俄羅斯聯(lián)合航空公司表示目前已收到175 架訂單。

斯堪尼亞碳纖維底盤減質(zhì)量40%

近日，斯堪尼亞和瑞典皇家理工學院合作研究利用復合材料生產(chǎn)制造車輛底盤，可以有效降低車身質(zhì)量達40%。車輛本身質(zhì)量的減輕，在一定程度上意味著承載能力的增強、排放和油耗的降低，因此輕量化車型在國內(nèi)外都深受用戶歡迎，輕量化也成為各大商用車制造企業(yè)追趕的潮流。

新型輕質(zhì)復合材料對未來大型車輛，特別是城市公交車和物流卡車的減質(zhì)量起到關鍵作用。斯堪尼亞與來自瑞典皇家理工學院的Magnus Burman一同研究利用輕質(zhì)材料制造底盤等其他承載部件后，使車輛實現(xiàn)了輕量化。

“通過一系列的試驗，我們發(fā)現(xiàn)用輕質(zhì)材料替代現(xiàn)有材料生產(chǎn)關鍵承載部分，可以大幅降低車身質(zhì)量高達40%?！盉urman說道。

基于該項研究結(jié)果，斯堪尼亞提出了利用輕質(zhì)和自支撐結(jié)構替代傳統(tǒng)車架結(jié)構的設想。在該套設計方案中，斯堪尼亞設計的一款電動車，采用碳纖維復合材料一體化輕質(zhì)底盤。

當前碳纖維復合材料的價格雖然尚高，但從長遠來看具有良好的經(jīng)濟效益。相對于普通鋼材，復合材料可以整體成型，這意味著焊接點的減少，車輛自重的降低。卡車采用復合材料實現(xiàn)輕量化后，優(yōu)勢非常明顯。

首先，車輛的自重降低后其有效載荷相對提高，運輸效率也大大增強，滿足了廣大用戶“多拉快跑”的要求。其次，復合材質(zhì)的硬度和強度大，可有效抗老化，延長使用壽命。

另外，車質(zhì)量降低后燃油消耗量和碳排放量也會下降，對于環(huán)保大有益處。美國能源部DOE等部門和機構發(fā)布的數(shù)據(jù)，汽車質(zhì)量每減少10%，燃油的消耗可降低6%～8%；汽車整備質(zhì)量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L。

當然，利用復合材料實現(xiàn)輕量化還面臨諸如成本偏高、加工復雜等考驗，但不可否認其將成為國內(nèi)外企業(yè)尋求汽車輕量化的重要路徑。

“絲翅展亭”采用西格里集團碳纖維材料

作為首個“工程展示季”活動的一部分，倫敦維多利亞與阿爾伯特博物館（V&A）展出了一件名為“絲翅展亭” （Elytra Filament Pavilion）的作品。該裝置由斯圖加特大學計算設計學院（ICD）及建筑結(jié)構與結(jié)構設計學院（ITKE）組建的團隊共同開發(fā)，它是基于機器人生產(chǎn)工藝的纖維復合結(jié)構搭建，目前在博物館中的約翰馬德伊斯基花園中展出。V&A工程展示季將持續(xù)至11月6日。在此期間，借助現(xiàn)場機器人，該裝置的華蓋部分將不斷進行延伸。為了給該作品的全自動化建造提供最優(yōu)支持，西格里集團提供了其SIGRAFIL 50k碳纖維產(chǎn)品，并給予項目團隊材料方面的專業(yè)知識和建議。

西格里集團纖維與復合材料業(yè)務部主席Andreas Wüllner興奮地表示：“我們很高興能夠為斯圖加特大學在V&A‘工程展示季’中的驚艷展出提供支持，提供我們的材料與專業(yè)知識。這個作品展示了復合材料創(chuàng)造性應用的廣泛前景，令人印象深刻。同時，它也表明現(xiàn)階段復合材料部件工業(yè)生產(chǎn)的高度自動化已成為可能。”

該裝置中所采用的SIGRAFIL 50k碳纖維代表了新一代工業(yè)用碳纖維，尤其適用于自動化生產(chǎn)流程。在其它應用領域中，該產(chǎn)品被寶馬 i3、i8及新7系作為標準材料，由位于美國華盛頓州摩西湖的目前世界上最大且最為現(xiàn)代化的碳纖維工廠生產(chǎn)。復合材料（尤其是基于碳纖維的材料解決方案）具有輕量化、高耐久性、耐腐蝕性等優(yōu)異特性，從而可廣泛應用于許多新應用領域，涵蓋汽車、航空航天、風能及壓力容器等許多工業(yè)領域。

該建筑裝置項目經(jīng)理Moritz Doerstelmann表示：“非常感謝西格里集團對這個項目的支持以及長期以來的合作。該項目表明機器人制造纖維復合結(jié)構在建筑行業(yè)中的應用又向前邁出了一步。”

“絲翅展亭”是斯圖加特大學的計算設計學院和建筑結(jié)構與結(jié)構設計學院數(shù)年來對包括建筑學、建筑工程學和仿生學在內(nèi)的跨學科研究的成果。這個項目展示了如何以運算化設計及生產(chǎn)工藝將生物纖維結(jié)構的基本原理融入到建筑結(jié)構中。該展亭裝置的創(chuàng)新結(jié)構是受到飛行甲殼蟲的“翅鞘”啟發(fā)，完全采用了機器人制造流程，使用的是玻纖和碳纖維材料。

這些元素共同造就了兼具極其輕量化與高性能結(jié)構的驚艷建筑。

瑞士Flyability公司可碰撞無人機碳纖維材質(zhì)的“球形保護罩”

2016年5月，瑞士無人機制造商Flyability在美國AUVSI Xponential無人機系統(tǒng)展上宣布推出可碰撞無人機—Elios。Elios的設計靈感源于對自然界昆蟲飛行的研究，它擁有碳纖維保護籠和飛行控制算法，解決了無人機領域里的兩大挑戰(zhàn): 如何處理障礙物及其碰撞；如何提高安全性，增強與人的互動。

Flyability成立于2014年，總部位于瑞士洛桑市，致力于研發(fā)與生產(chǎn)工業(yè)級的“可碰撞無人機”。該公司在2016年5月的美國AUVSI Xponential展會展出了Elios可碰撞無人機，其原型機Gimball在2015年由阿聯(lián)酋舉辦的Drones For Good大賽上奪得頭籌。

外部被一個碳纖維材質(zhì)的“球形保護罩”所覆蓋，是Elios無人機的最大特點。輕量化的碳纖維保護罩使無人機在與物體碰撞時可以回彈或旋轉(zhuǎn)，進而防止無人機的本體尤其是旋翼不受到損壞。Elios主要被用在“工業(yè)檢測”與“戶外探險”兩大專業(yè)領域，像是大型設備（鍋爐、儲油罐）、建筑物（橋梁）、設備通道、輸油管道等的近距離拍攝檢測，以及山澗、洞穴、森林和冰洞的探測探險等。

目前，石油、天然氣與航運行業(yè)中，對貨艙、壓載艙等狹小密閉空間的檢測仍以人工手段為主。Elios無人機作業(yè)風險與作業(yè)成本都將大幅降低。

碳纖維活塞連桿搭配蘭博基尼

憑借著復合材料模壓技術，蘭博基尼第六元素概念車在蘭博基尼公司旗下先進復合材料實驗室內(nèi)成功完成，該技術被應用于制造發(fā)動機內(nèi)的活塞連桿。

如此先進的碳纖維活塞連桿的生產(chǎn)主要得益于拉博基尼公司目前在其先進復合材料實驗室內(nèi)探索的幾大技術。該車間占地約743 m2，上月剛剛啟用，蘭博基尼的CEO斯蒂法諾多梅尼卡利（Stefano Domenicali）為其開幕剪彩。

多梅尼卡利說：“這類材料，這項研究代表了我們對未來汽車愿景的展望。”該遠景涉及多項內(nèi)容，包括用碳纖維連接件取代鋼制連接件、將質(zhì)量減輕40%～50%。V-12發(fā)動機如采用這類連接件，那么就會獲得諸多益處，即功率和加速度將明顯提高。公司研發(fā)部負責人毛里奇奧˙雷賈尼（Maurizio Reggiani）向《美國汽車新聞》透露，蘭博基尼公司的目標擁有全球首個配備了碳纖維連接件的首部量產(chǎn)車。

雷賈尼表示：“我希望在一年至一年半內(nèi)，公司能夠完成研發(fā)并聲稱能夠生產(chǎn)該款零件并將其應用到未來的發(fā)動機內(nèi)?！?這項技術超越了采用預浸材料或樹脂傳遞模塑等傳統(tǒng)方法，極大地縮短了所耗時間。2010年蘭博基尼第六元素車型中有8 成的零部件采用了該項作業(yè)技術。

實驗室主管Paolo Feraboli稱：“盡管蘭博基尼研發(fā)部的大部分工作已于位于意大利圣亞加塔波隆尼（Sant'Agata Bolognese）的總部完成，但位于西雅圖的6 人團隊目前正致力于收集創(chuàng)新觀點和理念的階段?！?/p>

英國政府授權使用再生碳纖維

英國Oxford Advanced Surfaces（OAS）公司是一家從事表面改性和先進材料的專業(yè)公司，最近該公司獲得了英國政府“創(chuàng)新英國獎”，獎金2.33×105英鎊用以資助輕量化復合材料用再生和回收碳纖維表面改性新技術。

OAS公司采用再生碳纖維進行可行性研究。另一家英國背景的公司Oxfordshire稱，OAS將創(chuàng)造一種新的復合材料，對汽車輕量化大有裨益。

OAS公司技術總監(jiān)Jon-Paul Griffiths稱，“回收的復合材料確實存在，而我們面臨的挑戰(zhàn)是如何利用現(xiàn)有經(jīng)驗，通過表面改性的方法開發(fā)出一種新型復合材料。該項目的目標是為汽車零部件供應商提供適合汽車領域大批量應用的新材料，而非小批量定制產(chǎn)品。如果能在材料性能、質(zhì)量和成本3 者間尋求到平衡，那么新材料的應用才有價值?！?/p>

OAS公司的可行性研究項目將在一年半內(nèi)完成，目標是開發(fā)出再生碳纖維數(shù)據(jù)庫并生產(chǎn)出樣品。

（以上碳纖復材）