一般(bān)认为,通用航空是指干线(xiàn)和支(zhī)线定期航班(bān)客货运输以及出(chū)租飞机公司经营的空运业务以外的所有民(mín)用航(háng)空活(huó)动。目前,各国对通(tōng)用航空的定义说(shuō)法不一,实际上还没有(yǒu)一个统一的严(yán)格(gé)的有关(guān)通用航空的定(dìng)义。通用航空是民用航空(kōng)的重要(yào)组成(chéng)部分,通用(yòng)航空的(de)发(fā)展水平是一个(gè)国家科学技术发展水平、经济发(fā)展(zhǎn)水平和人民生活水平(píng)高(gāo)低的重(chóng)要标志,在社会和经济发展中有着重要地位。
通(tōng)用飞机可(kě)以通俗地理解为用于通用航空飞行的飞机(jī),由(yóu)于通用(yòng)飞(fēi)机的(de)用(yòng)途广泛,飞机的结构特点各(gè)有(yǒu)不(bú)同,大致可划(huá)分为运动飞机、公务机、农林飞机、多(duō)用途飞机等。
随着先进(jìn)复合材料及其加(jiā)工技术的快速(sù)发展,在通用飞机(jī)制造领域,新型飞机开始越(yuè)来越多地使用先进复合材料,本文(wén)将介绍(shào)几种类型的通(tōng)用飞机,并对(duì)一些通用飞机的复合材料(liào)使用情(qíng)况进行介绍。
典(diǎn)型通用飞机及(jí)其复合材料(liào)的使用
1、小(xiǎo)型飞机(jī)
小(xiǎo)型(xíng)飞机一(yī)般(bān)2~6座,大部(bù)分都只装(zhuāng)一台活塞发动机,主要用(yòng)于飞行(háng)员培训(xùn)、航空运动、空中游览、教育培(péi)训(xùn)、文(wén)化体育、航空广告(gào)灯等。“小(xiǎo)鹰”500飞机(jī)是(shì)具有我国自主知识产权的轻型多用途飞(fēi)机(jī),是一种按(àn)单驾驶体制、双操(cāo)纵进行设计的前后两排并列(liè)式4~5座(zuò)飞机,这(zhè)款飞机的发动机罩、尾锥和座舱部分侧蒙(méng)皮采用了玻璃纤维复合材(cái)料。美(měi)国西锐设计公司(sī)(Cirrus Design Co)以生(shēng)产复合材料见长,其生(shēng)产的SR20/SR22采用活塞发动机的四座复合(hé)材料轻(qīng)型飞机悬臂式(shì)下单翼,翼尖(jiān)上翻,为(wéi)复(fù)合材料结构,机翼悬挂复合材料悬臂式(shì)缓冲主支柱,外带整流罩。G120A是德国Grob宇航公(gōng)司的双座特技(jì)飞行飞机,机身整体是由碳(tàn)纤维增强(qiáng)复合材料制(zhì)成。
2、多用途飞机
多用途飞机是指可用(yòng)于客货(huò)运输(shū)及其他社会(huì)服务的6~10座左(zuǒ)右(yòu)的通用飞机。1974年批量生产的P-68,其机(jī)体(tǐ)大(dà)部分为(wéi)金(jīn)属结构,仅(jǐn)在机(jī)翼机(jī)身连接(jiē)处整流包皮采用了玻璃纤维增强复合(hé)材料。随着材料技术的(de)发展,更多的(de)新材料和(hé)新技术被(bèi)应用(yòng),1991年首(shǒu)飞的PC-12来自瑞士派士(shì)飞机公司,其T形尾翼采(cǎi)用了玻璃纤(xiān)维(wéi)增(zēng)强(qiáng)复合材(cái)料,而尾翼(yì)的背(bèi)鳍(qí)和腹鳍则(zé)采用凯夫(fū)拉纤维增强蜂窝板夹层复合(hé)材料。“探险家”飞机更(gèng)是采用先进(jìn)计算机辅助模型(xíng)设计和制造技(jì)术,可(kě)迅(xùn)速转入批(pī)量生产,其(qí)机身为半硬壳(ké)式结构(gòu),由碳纤维复(fù)合(hé)材料制成的外(wài)壳(ké)和金属骨架构(gòu)成。德国格罗布宇航公司制造的“SPn Utility Jet”,载(zǎi)客9人,空(kōng)载重(chóng)量在(zài)3630kg 以下,航程在3400km,满载情(qíng)况下起飞跑道(dào)要求仅为915m,机身由法国播舍公司提供(gòng)的机(jī)制织物(铺层角为0~90°、±45°)和单向(xiàng)纤(xiān)维布制成,基体(tǐ)为环(huán)氧树脂。
3、公务机
越来越多的复合(hé)材料被用(yòng)在了繁忙的(de)公务机(jī)上,各国(guó)的(de)飞机制(zhì)造商则(zé)纷纷研制新型的全复合材料公务机抢(qiǎng)占(zhàn)未来市场。
美国(guó)豪客比(bǐ)奇公(gōng)司的(de)“首(shǒu)相Ⅰ”,由于机(jī)身为碳纤维蜂窝复合材料结(jié)构,除去所有的整体机身框架,蒙皮(pí)仅厚(hòu)20mm,相对于常规制造(zào)客舱容积增加13%。
亚当公(gōng)司的超轻型喷气机A700和装备了活(huó)塞发动(dòng)机的A500,飞机大部分是由碳纤维增强Nomax 蜂窝夹心复合材(cái)料制成,部分(fèn)地(dì)方使用了玻璃纤(xiān)维增强(qiáng)。以A700为例,其载客数为(wéi) 6~7人,用AGATE认证的预浸料(liào)进行拼接(预(yù)浸料来自东丽公司),并(bìng)相应开(kāi)发了可以对(duì)复(fù)合材(cái)料进行二次(cì)加工的铣床(chuáng)。复合(hé)材料层合板(bǎn)是碳纤(xiān)维或玻璃纤维织物增强Nomax夹心材料,真空袋成型,从机(jī)头到机尾的舱壁、翼梁底座、窗户框和门框都是共固化成型的。翼梁则由(yóu)单向(xiàng)碳纤(xiān)维增强复合材料(liào)制造而成,而翼梁抗(kàng)剪(jiǎn)腹板则是(shì)有多(duō)向的(de)碳纤维织(zhī)物增(zēng)强复合材料制成。为了消除闪电击中的电弧作用,燃(rán)料箱是由玻璃纤维增强复合材料(liào)制成(chéng),碳纤维翼梁与蒙皮(pí)之间也用了一层玻璃纤维隔开, 售价(jià)在100万(wàn)~250万美(měi)元。
4、农林飞机(jī)
农林飞(fēi)机多由轻型飞机(jī)改装而来,大多(duō)采用冷活塞(sāi)发动(dòng)机,要求能在土跑道(dào)起飞,超低(dī)空机动飞行,成本低等(děng),因此在农林飞机出现伊(yī)始,很多(duō)二(èr)战后退役的飞机被改(gǎi)装(zhuāng)成农林飞(fēi)机(jī)。
农林飞机速度低,高度也低,并(bìng)且要(yào)求控(kòng)制成本,因此一般不采用复(fù)合材料(liào)或(huò)者仅采用玻璃纤(xiān)维增强复合材料(liào)以减轻(qīng)重量,例如波兰飞机和发动机工业集(jí)团华沙(shā)工厂研制(zhì)的PZL-106“渡鸦”采用了玻璃钢翼(yì)尖,机翼前缘缝翼采用(yòng)了泡沫芯材的(de)玻璃(lí)钢(gāng)夹层结构。农林飞机一般(bān)都携带(dài)有(yǒu)药箱,药箱则多(duō)为玻(bō)璃钢结构,并(bìng)在机(jī)身骨架涂有聚氨酯以防止腐蚀和(hé)防尘(chén)。
5、水上飞机
水上(shàng)飞机是能在水面上起飞、降落和停泊的飞机,其中有些也能在(zài)陆上机场(chǎng)起降。水上飞机用途(tú)广泛,在(zài)民用(yòng)方面可用于运输(shū)、森林消(xiāo)防(fáng)、航空旅游、飞播造林、医(yī)疗救(jiù)护等,比较(jiào)有(yǒu)名的有中国(guó)的水轰(hōng)5、日本(běn)的US-1、美国的PBY-5、加拿大的CL-415、俄罗斯的Be-103、昆明劲鹰S1型汽油(yóu)航测航拍水上无人机,值得一提的是多尼尔(ěr)海星马(mǎ)来西亚公司(sī)的“海星(xīng)”CD2,其复合材料用量很大,机翼为悬臂式(shì)下单(dān)翼(yì),高升力机翼外侧前缘下垂,采(cǎi)用(yòng)玻璃纤维(wéi)增强复合材料(liào)和泡沫夹心材料,具有(yǒu)碳纤维增强复合材料制成的前(qián)、后梁,尾翼由玻(bō)璃钢制成(chéng),常规尾翼,装电驱动可变安装角平尾。
6、旋翼机
旋(xuán)翼机(jī)是指利用动力(lì)驱(qū)动的旋(xuán)转旋翼提供升力、推进力和操作力(lì)的飞(fēi)行(háng)器(qì),目前(qián)通用航空(kōng)中使用的旋翼(yì)机主要是(shì)直升机。
旋翼机的使用已经相当普遍,主要应(yīng)用(yòng)领域有:旅客运输、海上(shàng)油井服务、渔业作(zuò)业、紧急救援、环境监(jiān)测、城(chéng)市治安管理、医疗救护(hù)等等。现在新型的直升机几乎都采用了复(fù)合材料旋翼,机身也多在采用复合材料代替部分金属材料,比如昆明劲鹰(yīng)1000型八轴航拍航测无人机具有强化刚性的(de)机架结构机臂采(cǎi)用(yòng)内嵌硅胶线注塑工艺,具(jù)有更好的(de)结构刚性及(jí)工作稳定性,整(zhěng)个系统高(gāo)度集成化的(de)设(shè)计(jì),使安装(zhuāng)调试工作变得(dé)更加简单(dān)快捷,中心架具有更大的可用空间,方便安装及内置各类(lèi)航拍辅助设备(bèi),使您的航拍系统(tǒng)拥有更强(qiáng)的(de)美(měi)感。还有西科斯基飞机公司(sī)的(de)S-92,4片桨叶全复合材料旋翼,桨尖后掠,其机身主要(yào)由(yóu)铝和复合材料制成,复合材料约占(zhàn)40%。欧(ōu)洲直升机公司(sī)的EC135,4片桨(jiǎng)叶安(ān)装在可控复合材料柔性臂上(shàng),机身壳、框、舱门、水平(píng)安定面及(jí)端板均采用复合材料结构,复合材(cái)料大部分(fèn)是芳纶或碳纤维(wéi)蜂(fēng)窝结构。德事龙集团贝(bèi)尔加拿大(dà)直升机公司在(zài)贝尔230基础上研制的(de)贝尔430采用全复合材料(liào)4 桨(jiǎng)无铰无轴承(chéng)旋翼系统,旋翼桨叶由不锈(xiù)钢大梁、前缘包条和玻璃纤维增强复合(hé)材料蒙皮组成,在大梁和后缘之间填充Nomax 蜂窝。在(zài)汶川大地震(zhèn)堰(yàn)塞湖抢险(xiǎn)中立下大功(gōng)的俄米26直升机,其尾桨(jiǎng)由(yóu)5 片玻璃钢制桨叶组成(chéng)。欧洲直升机(jī)工业公(gōng)司(sī)的EH101使用(yòng)了PMI聚甲(jiǎ)基(jī)丙烯酰亚胺硬质(zhì)泡沫填(tián)充(chōng)的直升机旋翼叶片,EH101还是新美国(guó)总统专机“海军一号”的(de)备选机型,该公司(sī)的EC135和NH90也是用了此项技术。另外,NH90的扭(niǔ)力臂和纵向推力杆的中心凸耳RTM工艺(yì)成型,使用(yòng)了来自(zì)德国Heek-Nienborg的机织织物预成型体。纤维使用东丽公司的T300-12K碳纤(xiān)维(wéi)。

(昆明劲鹰jy1000型八(bā)轴航拍航测无人机(jī))
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