一般认为(wéi),通(tōng)用航空是指干线和支线定期航(háng)班客货运输以(yǐ)及出租飞机(jī)公司经(jīng)营的空运业务以外(wài)的(de)所有民用航空活动。目前,各(gè)国对通用航(háng)空的定义说法不一,实(shí)际上还没有一个统(tǒng)一的严格(gé)的有关通用航空的定义。通用航空(kōng)是民用(yòng)航(háng)空的重要组成(chéng)部分,通用航空的发展水(shuǐ)平是一个国(guó)家科学技术(shù)发(fā)展水(shuǐ)平、经济(jì)发展水平(píng)和人民生活水平(píng)高(gāo)低的(de)重(chóng)要标志,在社会和经济发展中有着重要地位(wèi)。
通用飞机可以通(tōng)俗地(dì)理解为用于通(tōng)用航空(kōng)飞行的(de)飞(fēi)机,由于(yú)通用飞机的用途(tú)广泛,飞(fēi)机的结构特点各(gè)有不同,大致可划分为运动飞机、公务机、农林飞机、多用途飞机(jī)等。
随着(zhe)先进复合材(cái)料及其加工技(jì)术的快(kuài)速发展(zhǎn),在通用飞机制造领域,新(xīn)型(xíng)飞机开始越(yuè)来越(yuè)多地使用先进复合材料,本(běn)文将介绍几种类型的通(tōng)用飞机,并对一(yī)些通用(yòng)飞机(jī)的复合(hé)材料(liào)使用情况进行介绍。
典型通用飞机(jī)及其复合材料的使用
1、小型飞机
小型(xíng)飞机(jī)一般2~6座,大部分都(dōu)只装一台活塞发动机(jī),主要(yào)用于飞行员培训、航空运动、空中游览(lǎn)、教育培训、文(wén)化体育、航空广(guǎng)告灯等(děng)。“小鹰”500飞机是(shì)具(jù)有我国(guó)自主知识产权的轻(qīng)型(xíng)多(duō)用途飞(fēi)机,是一种(zhǒng)按单(dān)驾(jià)驶体制(zhì)、双操(cāo)纵进行设计的前后两(liǎng)排(pái)并列式4~5座飞(fēi)机,这款飞机的发动机(jī)罩(zhào)、尾锥和座舱部分侧蒙皮采用了(le)玻璃(lí)纤维复(fù)合材料。美国西锐设计公司(Cirrus Design Co)以(yǐ)生产复(fù)合材料见长(zhǎng),其生产的(de)SR20/SR22采用活塞发(fā)动机(jī)的四座复合材(cái)料轻(qīng)型飞机悬臂式下单翼,翼尖上翻,为复合材料(liào)结构,机(jī)翼(yì)悬挂复合材料(liào)悬臂(bì)式缓冲主支柱,外带整(zhěng)流罩。G120A是德国Grob宇航公司(sī)的双座特技飞行飞机,机身整体是(shì)由碳纤维增(zēng)强复合材(cái)料制成。
2、多用(yòng)途飞(fēi)机
多用(yòng)途(tú)飞机是(shì)指可用于客货(huò)运(yùn)输及其他社会(huì)服务的6~10座左右的通用(yòng)飞机。1974年批量生产的P-68,其机体大部分为金属结(jié)构,仅在机(jī)翼(yì)机身(shēn)连接处(chù)整流包皮(pí)采用了玻璃纤维增强复合(hé)材料。随着材料(liào)技术的发(fā)展(zhǎn),更多的新(xīn)材料和新技术被应(yīng)用,1991年(nián)首飞的PC-12来自瑞士派(pài)士飞机公司,其T形(xíng)尾(wěi)翼采用了玻璃纤维增强复合(hé)材(cái)料(liào),而(ér)尾翼的背鳍和腹鳍则采用凯夫拉纤维增强蜂窝板夹层复合材(cái)料。“探险家(jiā)”飞机更是采用先进计算机辅(fǔ)助模(mó)型设(shè)计和制造技术(shù),可(kě)迅(xùn)速(sù)转入批量生产,其机身为半硬壳式结构(gòu),由碳(tàn)纤维(wéi)复(fù)合材(cái)料制成的外壳(ké)和(hé)金属骨架(jià)构成(chéng)。德国(guó)格罗布(bù)宇航公(gōng)司制造的(de)“SPn Utility Jet”,载(zǎi)客9人,空载重量在3630kg 以下(xià),航(háng)程在3400km,满(mǎn)载情况下(xià)起飞跑道要求仅为915m,机身(shēn)由法国播舍公司提(tí)供的机制织物(铺层(céng)角为0~90°、±45°)和单(dān)向纤维(wéi)布(bù)制成,基体为环(huán)氧树脂。
3、公务机(jī)
越来越多的(de)复(fù)合材料(liào)被用在了繁忙的公务机上,各国的飞(fēi)机制造(zào)商则纷纷研制新(xīn)型的全复合(hé)材料公务机(jī)抢占未来市场。
美国豪客比(bǐ)奇公司的“首(shǒu)相Ⅰ”,由于机身为碳(tàn)纤(xiān)维蜂窝(wō)复(fù)合(hé)材料结构,除去所(suǒ)有的整(zhěng)体机身(shēn)框架(jià),蒙皮仅厚20mm,相对于常规制造客(kè)舱容积增加13%。
亚当公司(sī)的超轻型喷(pēn)气(qì)机(jī)A700和装(zhuāng)备了活塞发(fā)动机的A500,飞机大部分是由碳(tàn)纤维增强Nomax 蜂窝夹心(xīn)复合材料制(zhì)成,部(bù)分地方使用了玻璃纤维增强。以A700为例(lì),其载客数为 6~7人,用AGATE认(rèn)证(zhèng)的预浸料进行拼接(jiē)(预浸(jìn)料来自东丽公司),并相应(yīng)开发了可(kě)以对复合材料(liào)进(jìn)行二(èr)次加工的铣床(chuáng)。复合材料层合板是碳纤(xiān)维或玻璃纤维织物增强Nomax夹心材(cái)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(xíng)的。翼(yì)梁则由(yóu)单向碳纤维增强复合材料(liào)制造而成(chéng),而(ér)翼梁(liáng)抗剪腹(fù)板则是(shì)有多向的碳(tàn)纤(xiān)维织物增强复合(hé)材料制成。为了消除闪电击中的电弧作用,燃料箱(xiāng)是由(yóu)玻璃纤维增强复合材料制成(chéng),碳纤维翼梁与蒙(méng)皮(pí)之间也用(yòng)了(le)一层(céng)玻(bō)璃纤维隔开, 售价(jià)在100万~250万美元。
4、农林飞机
农林飞机(jī)多由轻型飞机改装而来,大(dà)多采(cǎi)用冷活塞发动机,要求能在土跑道起飞(fēi),超低空(kōng)机动飞行,成本低等,因此在(zài)农林(lín)飞机出现伊始(shǐ),很多二战后(hòu)退役的飞(fēi)机被改装(zhuāng)成(chéng)农林飞机。
农林飞机(jī)速度(dù)低,高度也低,并(bìng)且要求控制成(chéng)本,因(yīn)此一般不(bú)采用(yòng)复合材料(liào)或者仅采用玻璃纤维(wéi)增强复合材料(liào)以减轻重(chóng)量,例(lì)如波(bō)兰(lán)飞机(jī)和发动机(jī)工(gōng)业集团华沙工厂研(yán)制的PZL-106“渡鸦”采用了玻璃钢(gāng)翼(yì)尖,机翼前缘缝翼采(cǎi)用了泡(pào)沫芯材(cái)的玻(bō)璃(lí)钢夹层结构。农林飞(fēi)机一般都携带有药箱,药箱则多为玻璃钢(gāng)结构,并在机身骨架涂有(yǒu)聚氨酯以防止腐蚀(shí)和防尘。
5、水(shuǐ)上飞机
水上飞机是能在(zài)水面上起飞、降落和停泊的飞机,其中有些也能在陆上机场(chǎng)起降。水上飞机用(yòng)途广(guǎng)泛(fàn),在(zài)民用方面可用于运输(shū)、森林(lín)消防、航空旅(lǚ)游、飞播造林、医疗救(jiù)护等(děng),比较有名的有中国的水轰5、日本的US-1、美国的PBY-5、加拿大的CL-415、俄(é)罗(luó)斯的Be-103、昆明劲鹰S1型汽油航(háng)测航拍水上无人机(jī),值得一提的是多尼尔海星马来西亚公司的“海星(xīng)”CD2,其复合(hé)材料用量很大,机(jī)翼为悬臂式下单(dān)翼,高升(shēng)力机翼外(wài)侧前缘下垂(chuí),采用玻璃纤维增强复合(hé)材(cái)料和泡沫夹心(xīn)材料(liào),具有碳(tàn)纤维增强(qiáng)复合材料制成的(de)前、后梁,尾(wěi)翼由玻璃钢制成,常规尾翼,装电驱动可(kě)变安装角(jiǎo)平尾。
6、旋(xuán)翼机
旋翼(yì)机是指利用动力驱动的(de)旋转旋翼提供升力、推(tuī)进(jìn)力和操作力(lì)的飞行器,目前(qián)通用航空中(zhōng)使用的旋(xuán)翼机主要是直(zhí)升机。
旋翼(yì)机的使用已经(jīng)相(xiàng)当普遍,主要应用领(lǐng)域有(yǒu):旅客运输、海上油井服务、渔业作业、紧急救援、环(huán)境监测、城市治安管(guǎn)理、医疗救护等(děng)等。现(xiàn)在新型的直升机几乎都采用(yòng)了复合(hé)材料旋翼,机身也多在采用复合材料代替部(bù)分金属材料(liào),比如昆明劲鹰1000型八轴航拍航测无人(rén)机具有强化刚性的(de)机架结(jié)构机臂采用内嵌硅胶(jiāo)线注塑工(gōng)艺(yì),具有更(gèng)好的结(jié)构刚性及(jí)工作稳定性,整个系(xì)统高度(dù)集成化(huà)的设计,使安装(zhuāng)调试工作变(biàn)得更加简单快捷,中心(xīn)架具有更大的可(kě)用(yòng)空间,方便(biàn)安(ān)装及内置各类航拍(pāi)辅(fǔ)助设备,使您的航拍系统拥有更强的美感。还有西科斯基飞(fēi)机公司的S-92,4片桨叶全复合材料旋翼,桨尖后掠(luě),其机(jī)身主要由铝和复合(hé)材(cái)料(liào)制成,复合材料约占40%。欧洲(zhōu)直(zhí)升机公司的EC135,4片桨叶安装在可控复合材(cái)料柔性臂上,机身(shēn)壳、框、舱门、水平安(ān)定面及(jí)端板(bǎn)均采用复合材料结构,复合材料大部分(fèn)是芳纶或碳(tàn)纤维蜂(fēng)窝结(jié)构(gòu)。德(dé)事龙集团(tuán)贝尔加(jiā)拿大(dà)直(zhí)升(shēng)机公司在(zài)贝(bèi)尔230基础上研制的贝尔430采用(yòng)全复合材料(liào)4 桨(jiǎng)无铰无轴承旋翼系统,旋翼桨叶(yè)由不锈钢大梁、前缘包条和玻璃纤维增强复合材(cái)料蒙皮组成,在大梁(liáng)和后缘(yuán)之间填(tián)充(chōng)Nomax 蜂窝。在汶川大地震堰(yàn)塞湖抢(qiǎng)险中立下大功的俄(é)米26直升机,其尾桨由5 片玻璃钢制桨叶组成(chéng)。欧洲直升机(jī)工业公司的EH101使用(yòng)了(le)PMI聚(jù)甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫(mò)填充的直升机(jī)旋翼(yì)叶片,EH101还(hái)是新美国总(zǒng)统专机“海军一(yī)号(hào)”的备选机型,该公司的EC135和NH90也是用了此项技术。另(lìng)外,NH90的扭力臂和纵向推(tuī)力杆(gǎn)的(de)中心凸耳RTM工艺成型,使用了来(lái)自(zì)德国Heek-Nienborg的机织织物预成型体。纤(xiān)维使用东丽公司的T300-12K碳纤维。

(昆明劲鹰jy1000型八轴(zhóu)航拍航测无人机)
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