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《知識》飛機的機體材質 - 「複合材料」成發展趨勢


波音787的特色之一,就是使用大量複合材料製成。


「輕量化」為目前設計飛機時的關鍵重點之一,其原因當然是飛行時更省油!

為了讓飛機輕量化,所以在機體材料方面便特別使用了「鋁合金」。這種飛機用的鋁合金一般被稱為「杜拉鋁(Duralumin)」,是由鋁、銅、鎂、錳等物質混合後製成的。其特色就在於重量比鐵還要輕,而且性質強韌、堅固,是一種非常適合作為飛機材料的合金。至於會產生高溫與壓力的引擎內部,也使用了鎂合金、鈦合金、鎳合金等材料。

隨著航太科技不斷的進步,也開始出現了新的製造素材,目前正夯的「複合材料(composite materials)」就為其中之一。這種複合材料是由纖維材料與塑化製品所組合而成,並被用來取代舊有的鋁合金材料。複合材料因為擁有優異的彈性與耐久度,重量又更輕,所以多使用於飛機的起落架,以及飛機機翼當中的襟翼、水平、垂直等尾翼部位。

其實航空產業在1970年代就已經採用複合材料。從1985年起開始被用於製造機尾,例如空中巴士的A310廣體客機。但直到過去十年複合材料才有突破性的發展,並大量應用於波音787夢幻客機與空中巴士A350,兩款飛機的機身幾乎有一半是由碳纖維塑膠及其他複合材料所製成,以材質更輕的碳纖維取代多數金屬零件,從而省下燃料費。金屬會有腐蝕與疲勞等問題,一定時間到了就要更換,複合材料不會有這樣的問題,可以延長飛機的壽命。

大量採用複合材料的飛機,組裝時必須格外小心。例如,以往金屬材料使用多,如果組裝過程稍微碰撞還可以修補,複合材料卻要求完全不能碰撞。

引擎製造商也想方設法降低引擎重量,大型噴射機平均重達6,350公斤。根據勞斯萊斯,若在風扇葉片與機殼等部分使用複合材料,廣體客機的引擎重量可望降低340公斤。另一種更新型的材質-鈦鋁合金(Titanium Aluminide),也開始取代較重的鎳合金,減輕引擎重量。

飛機製造商大量使用複合材料已經是愈來愈明顯的趨勢,除此之外,3D列印等新製造技術能改變設計飛機與零件的方式,進而大幅減輕重量。隨著業者挹注大筆研發資金投入電動飛機技術,更輕、更省油的飛機或許可望在來日問世。


參考資料:
飛機減重 複合材料建功
飛機減重大作戰 用複合材料省油省錢
空巴法國總部直擊:強化塑膠也能做飛機

◎ photo credit: Luke Lai via photopin cc