漢莎科技：靈活的CFRP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 服務(wù)私人定制飛機(jī)

德國(guó)漢莎航空旗下的漢莎科技（Lufthansa Technik）是世界領(lǐng)先的商用飛機(jī)維修、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及零部件維修專業(yè)公司。漢莎科技日前宣布，與Darmstadt理工大學(xué)合作的“纖維之力（Fiber Force）”研究項(xiàng)目已初現(xiàn)成果。



　　在客機(jī)結(jié)構(gòu)中采用碳纖維復(fù)合材料，不僅可以減輕機(jī)身重量，其本身亦發(fā)揮了重要的承力作用。波音新款787夢(mèng)想客機(jī)和空客A350的機(jī)體結(jié)構(gòu)用的幾乎全是碳纖維。在一些關(guān)鍵承力部位，像龍骨梁（keel beam）、后部隔框（rear bulkhead）、中央翼盒（center wing box），碳纖維也在發(fā)揮著愈加重要的作用。

　　而對(duì)于一些私人定制飛機(jī)的客戶（VIP customer）來說，機(jī)體結(jié)構(gòu)需要作出適當(dāng)?shù)淖儎?dòng)，以便在特定的位置安裝特定的附加部件，來滿足個(gè)性化的服務(wù)要求。同時(shí)，增加的載荷又必須得到有效的疏散。這對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。”纖維之力“研究小組因此而誕生。

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　　他們的首要研究目的是，將額外的載荷有效的導(dǎo)入碳纖維復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)中去。

　　研究人員面對(duì)的第一個(gè)課題是準(zhǔn)確測(cè)量厚10毫米、長(zhǎng)度在0.5-3米不等的機(jī)身地板的最大載荷是多少。為此，需要對(duì)碳纖維本身、對(duì)承重結(jié)構(gòu)（frame）、對(duì)長(zhǎng)桁（longitudinal stringers）和他們之間的接合點(diǎn)（attachment point）做更細(xì)致的研究。為確保解決方案長(zhǎng)期有效，研究人員在測(cè)試工廠模擬了飛機(jī)運(yùn)行的真實(shí)環(huán)境。進(jìn)一步的材料性能測(cè)試還將查明碳纖維一些尚未為人所知的性能。



　　為了在機(jī)艙中添設(shè)附加部件，需要在地板上安裝接著點(diǎn)（hard points）。這些和嵌入部件（inserts）類似的接著點(diǎn)采用膠粘的方式固定在機(jī)艙地板上，每個(gè)有手掌那么大小。采用這樣的方式，不論是添設(shè)一組櫥柜、桌椅或是隔板，都可以靈活地選擇位置。而每一個(gè)固定在地板上的接著點(diǎn)（attachment point）均可承受約3000牛頓的力。在一位私人客戶定制的VIP波音747-8客機(jī)上，總共安裝了不少于40個(gè)這樣的接著點(diǎn)（hard points/attachment points）。

　　可是一旦私人定制的飛機(jī)被改造成更多的小隔間，當(dāng)機(jī)艙中壓力突然降低時(shí)，這種分割設(shè)計(jì)會(huì)放大壓力突降的影響，在機(jī)艙中形成極低的壓力，給艙壁、地板和家具帶來?yè)p傷。為了彌補(bǔ)這部份損失的氣壓，研究人員在機(jī)艙地板上設(shè)計(jì)了更大的通氣閥（cutout或者breather vents）。在不同飛行環(huán)境的模擬中，研究人員可以了解飛機(jī)何處的內(nèi)外艙壓平衡，而何處的機(jī)構(gòu)需要加強(qiáng)。

　　以上就機(jī)艙地板進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所得成果可以依樣應(yīng)用到機(jī)艙橫側(cè)（side ）和艙頂（upper）中去，由三者共同實(shí)現(xiàn)額外應(yīng)力的疏導(dǎo)。基于上述實(shí)踐，研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了機(jī)身的整體結(jié)構(gòu)。這是一次突破性的嘗試，因?yàn)闆]有任何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以參考。目前，設(shè)計(jì)工作人在進(jìn)行中。

　　如上所述，該項(xiàng)目的研究成果已經(jīng)應(yīng)用到了一架私人定制的飛機(jī)上。研究團(tuán)隊(duì)還將就地板接著點(diǎn)（floor attachment points）做其他領(lǐng)域的拓展研究。其為機(jī)艙內(nèi)飾和個(gè)性化設(shè)計(jì)帶來的可能性，將使得漢莎科技得以在不久的將來為VIP客戶提供私人定制飛機(jī)的可靠解決方案。

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中國(guó)國(guó)際復(fù)材展組委會(huì)編譯