通用电气与罗尔斯·罗伊斯公司联合为787提供了新一代发动机技术。波音的专有技术与计算机流体力学(CFD)优化了发动机与787机身的整合,将干扰阻力降至最小,让这些技术进步的效益达到最优化。787新型发动机建立在成功的通用电气GE90与罗尔斯·罗伊斯遄达(Trent)发动机产品家族的基础上。这两款发动机都将取得在“开箱”投入使用时进行双发延程飞行(ETOPS)认证。
机翼后掠角(25%弦长) 30度。计算机根据飞行时所处的高度和速度,以及载荷情况,操纵飞机后缘襟翼来获得最佳翼型。这种自动变弯度翼型可提高飞机气动效率、减小阻力、还可以缓解机翼所承受载荷而减小机翼结构重量,翼尖加装翼梢小翼。升阻比比A300高40%。机身和尾翼采用了大量铝锂合金和复合材料,铝锂合金用于机身结构、桁条等部件。尾翼、各操纵面、整流蒙皮、客舱地板均由复合材料制造。主起落架为四轮小车式,前起落架为双轮式。动力装置所选用的发动机GEnX,采用了先进技术,压缩比更高,加大了进气道和进气量,提高了发动机推力,降低了燃油消耗。全部符合ETOPS180分钟标准。 波音公司在波音787上使用了“音速巡航者”所提出的技术以及机体设计,并决定在7E7的主体结构(包括机翼和机身)上大量采用先进的复合材料。波音787拥有多项技术创新,其中最引人注目的是波音787机体结构的一半左右都用更轻、更坚固的复合材料代替铝合金,是第一款以复合材料为主体材料的民用喷气式客机。一方面是因为金属能够隐藏损伤问题,这种损伤很难发现,直到碎裂时才会被发现,而合成材料就不存在这种问题;另一方面,用复合材料制造的机身比较轻,还能够埋入光纤管来监控飞机的状况,对于后期的维护成本跟安全上都能达到最新的飞机需求,这使得波音787更节省燃油,而且也可以节省在维护方面的花费。这种合成材料类似于一级方程式赛车中所使用的碳纤维合成材料。
1985年,空中客车公司率先将这种复合材料用于飞机制造,制造A310客机的尾翼,随后空中客车公司还将这种合成材料用于制造A350客机的机翼。波音787将这种技术全面运用到787飞机上,机身、机翼等主要的部件,都采用这一新技术,重量比例将超过50%,此前这个比例只有20%。复合材料也大量应用在发动机的叶片、发动机罩等部份。波音787也因这种新技术的广泛应用而被称作“梦想”飞机(使用物料(按重量):61%复合物料(碳纤维),20%铝,11%钛,8%钢)。
生产线只要3天(以生产线达至全力全速而言计算)便可完成一架787的装配,而737则需要11天。 航空旅行的相关调查揭示了对乘客飞行体验产生负面影响的各种症状与抱怨。调查结果直接影响了787系统的设计,使787在设计中力求营造更宜人的客舱环境,如更平稳的飞行、更低的座舱高度、更清新的空气以及更安静的客舱。提升整体的乘客飞行体验。
客舱尺寸
客舱比其他中型飞机宽敞,乘客坐下后其平视位置比竞争机型宽38厘米,能为每位乘客创造出更大的个人空间。客舱安装了比其他民用飞机宽的客椅,每个座位比最接近的竞争对手至少宽4厘米。经济舱通道宽55厘米,该宽度比典型的双通道飞机经济舱通道宽6厘米。公务舱通道宽65厘米,这一宽度使乘客可以轻松绕过正在供餐的餐车。
空气质量
与之前的民用飞机相比,除了装备一般客机使用的、用于消除细菌、病毒与真菌的高效空气粒子(HEPA)过滤器之外,787系统中还额外引入了一种新型气体过滤系统,用以去除异味、刺激物与气态污染物。这样能减少乘客头疼、头昏,以及因干燥引起的咽喉刺激与眼部刺激,787客舱的空气将更清新。
787的客舱可以制造更高的客舱空气湿度,加上机身物料的空气密封功能,比旧款民航机更能保持机舱湿度,以提升乘客舒适度。787客舱可比金属机身飞机中的空气湿度更高,且与载客率的大小无关。787的复合材料机身不会随着湿度的增加更易腐蚀。
客舱气压
机舱气压以电动的空气压缩机维持,不使用引擎放气带入的空气。客舱最高压力高度为1228米,而不是其它飞机的2438米。高压氧舱试验表明,置身于压力高度为1228米的787客舱还能让乘客的血液多吸收8%的氧气,从而减少头疼与头昏,疲劳感减轻。铝制飞机因材料疲劳或重量原因而无法实现1228米的压力高度。787复合材料机身不会疲劳,因此,既能应对更低高度的座舱压力,又不对重量产生影响。
灯光设计
787客舱内以发光二极管(LED)提供照明,取代传统使用的荧光管。营造出头顶即是天空的感觉,天空特色的舱顶一直贯穿整个客舱,机组还可以在飞行中控制天空特色舱顶的亮度和颜色。需要时,乘务员可以为乘客提供白天的感觉,而当乘客需要休息时,舱顶则可模拟夜色。机舱以重复的大弧度拱形结构、动态照明以及飞行中可以由乘客调整透明度的电子遮光帘为特色,并利用可以变幻色彩及明亮度的LED数组营造出仿真“天空”的天花板效果。
舷窗设计
波音787的舷窗与之前的飞机相比,规格是最大的(高47厘米,宽28厘米),比竞争机型的舷窗大65%,窗的位置亦更高,所以无论坐在飞机的什么位置,乘客都能看到地平线。机身舷窗有别于过往使用隔板,而改用电致变色的原理调整明暗,减少窗外射入的眩光及维持透明。 787驾驶舱还与以777为代表的其它波音机型保持了通用性。787驾驶舱装备的是和其他波音机型相同的波音操纵系统、显示器与程序,使得机组人员能在较短的时间内从波音飞机家族其他机型改装到787,并能实现经济的混编机队飞行。在无需地面助航设备的情况下,787能够通过点到点的方式着陆到跑道的任何一端。787还拥有许多其它先进的功能,如综合通信(机内用以太网路提供驾驶室及各部分的资料通讯)、综合数据链、双重监视与保护系统及电气跳开关等等。
787驾驶舱中集成了开放式构架设计,升级通过软件进行,而不需要进行更为昂贵的硬件更换或升级。通过“软键”菜单,能融合未来的管制要求与通信、导航、系统与空中交通管理等领域的变更与技术升级。
787驾驶舱仅装备13个航线可更换组件(LRU),零部件及其成本仅相当于777和747的一半。更少的零部件与更完善的设计,能降低运营成本,提高可靠性。五个多功能显示器实现了许多标准功能,如进行地面滑行的高清晰度的机场滑行道地图,以及增强型垂直状况显示,提供进近区地形剖面图。每个显示器都能提供双窗口(分屏显示),或配置为提供大型策略地图。
787驾驶舱装配了一整套导航与通信无线电设备及航空电子设备,无需额外的选装件和费用,也不必另行认证,787标准化飞机在交付时即可“投入运营”。双平视显示器(HUD)、非常大型的多功能平板显示器、双电子飞行包以及一个电子检查表,都是标准配置。
双平视显示器(HUD):作为基本配置的双平视显示器,能让机长与副驾驶在更多地了解“驾驶舱外的情况”下飞行。无论能见度好坏,双平面显示器都能增强所有飞机阶段的安全性,还能降低最低起飞能见度标准。双平视显示器能让副驾驶在成长为机长的过程中熟练掌握平视显示器的使用。
双电子飞行包(EFB):787的双电子飞行包可通过触摸屏、边框按键、光标控制或键盘操作。其它航空电子设备、飞行管理计算机、通信设备与驾驶舱打印机,均有接口与电子飞行包相连。通过提供标准化的软件套件,电子飞行包减少了大量的驾驶舱纸质文件。该软件套件包含各种机载维修功能、一个性能工具、电子日志及文件浏览器。电子飞行包还为各种选装系统进行预留,如终端图、飞机视频监视,并能适应未来的改进。
波音787的机翼用什么材质做的,能飞那么快?
沈阳飞机工业集团公司参与了生产787垂直尾翼前缘组件等。这是中国公司第一次从一开始就参与一个全新的客机项目。2005年1月28日。波音公司与中国航空器材进出口公司(代表6家中国的航空公司)就中国的航空公司购买60架波音787梦想飞机签订框架协议。按照平均目录价格计算,此协议总价值约为72亿美元。此次订购的飞机将交付给中国的四家航空公司——中国国际航空公司、中国南方航空公司、海南航空公司、和厦门航空公司。
2005年8月8日其中的42架波音787型飞机的购买协议正式签署,其中中国国际航空购买15架,厦门航空购买3架,这42架均为波音787-8型。后来厦门航空将3架787置换为波音737-800型飞机。2011年5月9日,厦门航空再次与波音正式签订波音787购买协议,订购6架波音787-8型客机,并预计于2014年开始交付厦门航空。 延迟交付三年之后,波音787“梦幻飞机”于2011年9月27日零时20分交付全日空。作为波音787订单大户,中国预订了57架“梦想幻飞机”。波音787梦幻飞机被誉为承载着人类“飞翔新梦想”,这是波音公司自推出777机型14载后研发的首款全新机型。据全日空介绍,这架787的国际航线将于12月启动,执飞羽田-北京,每周一班。
“梦幻飞机”中也凝聚了中国制造业的梦想。成飞、哈飞、沈飞均是该项目相应部件的唯一供应商。
2011年12月4日,波音787“梦幻”飞机抵达北京首都国际机场。当日,波音787“梦幻”飞机飞抵北京。此次飞行正式启动了该机型为期六个月的全球巡展活动“梦幻之旅”。 在2013年1月6日-16日的10天内,全日空和日航这两家日本最大的航空公司,已经连续发生七起波音787事故。发生的这七起事故原因包括电池电路起火、燃料泄漏、刹车装置故障、驾驶舱挡风玻璃出现裂痕等等。
波音787 2013年 故障一览
1月7日 日本航空,降落后辅助动力系统(APU)电瓶组件故障,客舱内冒出烟雾。
1月8日日本航空,在地面发生燃油泄漏事故。
1月9日 全日空航空,由于刹车系统故障,航班取消。
1月10日全日空航空,因为计算机系统误报故障,导致航班取消。
1月11日 全日空航空,飞行途中发现驾驶舱玻璃出现裂纹。
1月13日 日本航空,在东京机场检修时发生漏油事件。
1月16日 全日空航空,因机舱冒烟紧急降落。
7月13日:埃塞俄比亚航空,在希思罗机场停机坪上起火 美国东部时间2013年1月7号10点,一架从东京出发抵达波士顿洛根国际机场的日航波音787型航班报警,后舱突然冒出烟雾,机场消防人员迅速查看情况并将火扑灭。为此,2013年1月16日,FAA(美国联邦航空局)和NTSB(美国国家运输安全委员会)宣布,由于连续出现安全故障,美国航空公司暂时停飞所有波音787“梦幻”客机,以进行相关安全检测。
此外,因安全问题,印度,波兰航空,卡塔尔航空等多国航空公司也宣布暂时停飞波音787梦幻客机。
被指是波音787客机连番事故的元凶锂离子电池,已被广泛应用在手提电脑、手机等电子装置,甚至电动汽车、人造卫星和美军F35战机也有采用。波音所用的锂离子电池,是由日本汤浅公司制造,比一般电动汽车所用的锂离子电池大一倍,在实验室进行的测试证明安全,可是应用在波音787客机却频生意外。锂离子电池被视为未来主要电池来源,一来是它较其它电池轻巧,却能储存更多能源。不过,若电池被过度充电,就会十分容易起火,相当危险,因为内含大量氧气,对大火有助燃作用,令火势难以扑救。电池在高压下和出现短路时,也较易起火。
26日,美国联邦航空管理局(FAA)发言人劳伦·布朗(Lauran Brown)表示,有关FAA批准波音787梦想客机针对电瓶问题进行飞行测试的报道严重失实,并否认飞行测试最早会在下周开始。
而在停飞事件中受损较大的日本,为了缓解其国内航空公司的压力,出台了诸如免除波音787客机在国内机场的停机费用等。 电池充电过度还是充电器故障?
波音公司(Boeing) 787梦幻客机( Dreamliner )事故频传,先前指称787锂电池充电过度导致意外的原因已被推翻,问题的焦点已被转向是充电装置的电子电路出了问题。为此,美国国家运输安全委员会(NTSB)的研究人员们抵达亚利桑州图森市(Tucson)展开更详细的调查。
NTSB的研究团队们前往为波音787客机制造电池的Meggitt旗下航空电子公司SecuraPlane Technologies,针对该公司供应的电池充电设备、电源线以及电池管理电路板进行详细测试。日本运输省以及美国航空安全人员们从2013年初开始针对造成787飞安事故的电池及其它问题进行调查,而全球波音787客机也从1月16日起全面停飞。
对于波音公司而言,787梦幻客机象征着一项重大技术与商机,它采用了更先进的电子技术、数百万行的软件程序码以及锂离子电池技术,实现了较其波音767更高20%的燃油效率。
1月7日,日本航空一架未载客的787梦幻客机在美国波士顿机场起火后,疑似造成这起意外的飞机辅助动力装置(APU)锂离子电池,成为安全人员们最初锁定梦幻客机事件调查行动的关键。因为这起事件和先前发生在雪佛兰Volt碰撞测试时的锂离子电池起火意外有些类似之处。
调查人员们表示,他们以X射线和CT扫描的方式描检查32V电池,将APU电池拆解为八个电池单元以便进行详细的检查。后来又从中选取必须进一步进行X光检查的三个电池单元,详细观察这些电池的内部结构。
NTSB后来发表声明指出,从JAL B- 787飞机的飞行记录器数据研判, APU电池充电量并未超过设计上限的32V,因而推翻了原先指称飞机上锂电池充电过度导致过热起火的理由。
排除了电池充电过度导致意外的原因后,NTSB的调查人员开始把调查重点转向为波音787制造电池的SecuraPlane Technologies,寻找电线系统和充电装置的电子电路等其它可能的原因。
SecuraPlane Technologies在2011年被英国Meggitt公司收购,根据SecuraPlane公司网站,该公司自1986年起持续为航空领域提供各种航空电子设备,包括飞机安全系统、锂电池、充电器和转换器,还包括Vienna整流器、功率MOSFET/IGBT、平面变压器、超级电容器以及先进的脉冲宽度调变(PWM)技术。
针对疑似发生问题的充电器──波音787 BCU ,根据该公司的资料显示,该控制单元采用了先进的DC变频技术、专利的充电演算法、完整的诊断,以及对APU电池充电进行故障隔离。
这款安装在机架上的BCU系统大小约为14.7×5.0×7.7英吋,重11磅,提供最小23VDC和最大80安培的输入功率以及1,500W的最大输出功率。 据外媒报道,由于波音公司对旗下的波音787进行了一些安全升级,所以这批被称为“梦想航班”的客机将很有可能在数周之后重返航班,而不再需要等上几个月,甚至几年的时间。波音公司介绍,他们改善了电池组在运行中的性能,调整了电池的系统以及为电池添加了一个全新的外壳。
改善后的电池运行系统将可以应对更加苛刻的测试。据悉,波音联合电池制造商GS Yuasa及其综合电力转换系统供应商Thales想出了10种全新的测试方案。在这些测试方案中,飞机内的电池组必须要经过14天的考验。
另外,波音还调整了电池的充电量数值--即调低最大可充电量,调高最小可充电量。
除了改善电池系统自身之外,波音还在机内新增了两种部件--电绝缘体和热绝缘体。它们被安装在每块电池的周围或者下方,进而可以防止电池跟电池之间的热传递。另外,波音公司还调整了电池内的钢丝和电线性能,确保它们不受升高温度以及产生的摩擦的影响。除此之外,在每个电池盒下面还加入了一些小洞,这样就可以让电池组在运行的过程中所产生的水份流出,而不是留在里面。
波音公司声明显示,一架787型客机当地时间9日12时32分从美国华盛顿州西雅图市起飞,搭载多名飞行员等测试人员,飞行大约2小时20分钟,返回西雅图降落。试飞中,测试团队“监测主要和辅助电池表现”,所得数据将用于电池事故调查。测试团队“报告试飞平静无事”,鉴于调查仍在继续,“无法提供更多细节信息”。波音787型客机曾遭遇电池起火等数起事故,怀疑所用新型锂电池是“罪魁祸首”。全球数十架波音787停飞,等待波音、波音787供应商以及美国和日本政府的调查结果。波音公司2月4日向美国联邦航空局申请,为787型客机实施测试性质“货运”飞行,获得允许。
2013年4月19日,美国联邦航空局(FAA)对787梦想飞机电池改进方案的批准,为波音及其客户安装改进后的电池扫清了道路,将使现有787恢复运营,新飞机的交付也将重启。FAA的批准将允许美国境内的787在应用电池改进后恢复运营。对于其他国家的787及在美国境外进行修复的787,将由当地局方发布最终的恢复运营许可。波音已经派遣专门团队前往全球多个地点,开始在787上安装改进后的787电池系统。新电池系统所需的工具包和零件即将发运,新的电池也将很快交付。派往客户处的团队将开始新系统的安装。飞机将按照交付顺序进行修复。
康纳表示:“波音团队已经做好准备,帮助客户的787重返蓝天,再度翱翔。”
波音还将开始在公司的两条787总装厂为新飞机安装改进后的电池,飞机交付预计于几周后恢复。尽管787交付于1月暂停,波音预计仍将在年底前完成2013年的交付目标。波音还预计787电池问题不会对2013年财务指导值造成显著影响。
12日,计划参加2013成都财富全球论坛的波音中国总裁马可爱仑(Marc Allen)接受记者采访时表示,波音公司首款“梦想飞机”波音787在交付过程中虽然经历几次推迟,但已经在日本、印度等多个国家有飞机交付使用,预计几个星期之后也可能会有首架“梦想飞机”波音787交付给中国的航空公司。
2013年4月27日,波音787经过电池测试,已复飞。同年5月20日,美国联合航空公司表示(以下简称美联航)旗下一架波音787梦想客机周一将从休士顿飞往芝加哥,机上搭载着250多名乘客,其中包括美联航和波音公司的两位首席执行官。
2013年6月1日,全日空的 NH905、NH1255、日本航空的JL21先后抵达首都机场,揭开了复航的序幕。 波音公司所生产的787梦幻客机自曝出电池组高温自燃隐患之后就一直处于全球停飞状态,这让波音和众多合作伙伴愁眉不展。不过,由日本GS Yuasa公司所开发的新电池组或许能够帮助波音787重返蓝天。
国外媒体今天刊登报道表示,波音公司在华盛顿进行了向联邦监管机构递交恢复787客机商业飞行审核前的最后一次飞 行测试,测试飞机搭载了由GS Yuasa公司开发的新型电池组,在经过约两个小时的飞行测试后,该公司报告称新电池组在标准和非标准飞行状态下均工作正常。
波音方面表示,公司下一步将会把测试报告提交美国联邦航空局(FAA)进行审核,以决定是否允许787客机重返商业飞行。.
预计,FAA将召开听证会,此次会议或将为波音787客机的电池风波画上句号。 2013年11月24日美国波音公司对航空公司发出警告,称波音部分747及787客机的引擎存在结冰风险。警告涉及配置了通用电气Genx引擎的747-8及787两种型号的客机。配置了劳斯莱斯瑞达1000引擎的787型客机不在此列。
波音公司表示,在发出上述警告之前,已出现数起结冰导致引擎性能暂时降低的事例。但是这家公司同时保证仅有一小部分Genx引擎在飞行时出现过结冰问题。波音指出,已与通用公司及相关企业一起寻求解决方案。同时,波音建议涉事客机与可能含有冰晶的风暴保持至少50海里的距离。
因电池组问题,2013年年初787客机曾在数月期间被停飞。而在重新投入使用以后,787客机又遭遇了一系列其他的技术事故。 2014年3月8日,波音公司表示,正在检查42架波音787梦幻客机的机翼是否存在因制造缺陷产生的极细小裂缝。
波音将上述问题归咎于供应商三菱重工(Mitsubishi Heavy Industries)制造流程上的一个变动。波音称,解决上述问题也将会使某些波音787飞机的交付时间延迟。 阿拉伯半岛电视台日前独家披露,波音员工爆料称,波音787“梦幻客机”(Dreamliner)安全性存疑,有90%的瑕疵遭到刻意隐瞒,连员工都不敢搭乘!
波音公司回应有关报导时强调,波音重视飞机品管安全,787客机全部经过严格测试。
曾被美国总统奥巴马称之为“未来的飞机”的波音787“梦幻客机”,自2011年首航以来就风波不断,2011年接连发生故障意外,还曾经停飞3个月;
为赶工简化工序
半岛电视台同时取得了波音内部文件,显示在2010年,当时波音787的生产计划已滞后两年,波音为赶及进度而降低基本技术标准。“在其中一份备忘录中,管理阶层指示工程师,基于赶工需求,可能必须要简化波音既有的品管程序。”曾是工程师联盟负责人的32岁的波音老员工辛西娅科尔对此表示极度震惊,“人们不会为了赶工而改变有关质量的那道工序,我完全无法理解这些人是如何发布这些并且同意这些的,他们晚上怎么睡得着”。
此外,有工程师还表示,参与制造波音787的部分同事有使用毒品的嫌疑。
“工厂里可以轻易拿到可卡因和止痛药。”一名机械师说:“而且在这里你还可以吸到很好的大麻。”
另外一名波音员工则表示,波音不会对员工进行随机的药物检查,“有人会在午餐时间到外面去吸大麻”。
对于这样的负面指控,波音赶紧澄清。
该公司指,由南卡罗莱纳州及华盛顿州工厂进行的装嵌及付运工序,都达致最高安全及质量标准,客机全部经过严格测试、验证及检查。公司亦有按规定对员工验毒。
在对波音787客机计划主管洛夫提斯的采访中,在问及相关问题时,洛夫提斯拒绝回应,随后中断采访 。波音787计划负责人说:“波音公司的首要重点就是,确保飞机有安全的适航性,飞机的完整健全,也保证出厂飞机的品质一致。”
虽然波音强调重视飞机品管安全,然而自家人的指控,绝非空穴来风,波音势必得好好展开内部整顿。
波音787的介绍
波音787“梦幻”飞机——碳纤维/ 环氧树脂复合材料革命的代表,其复合材料用量达到了50%。在波音787 上大面积使用碳纤维/ 环氧树脂复合材料,减轻了飞机重量并使创新理念得以实现。当波音公司开始考虑在787“梦幻”飞机上大量使用结构复合材料时,波音工程师们只是认为碳纤维/ 环氧树脂复合材料结构能大大降低飞机重量,从而节省燃料、扩大飞行范围。但是后来对复合材料的深入研究表明,复合材料还可以带来重大的设计变化,通过这种变化可以进行功能系统集成,也可以改变层流,发展了空气动力学。
现代商业飞机的机翼除冰系统
空气动力学对飞机飞行的一个重要要求就是机翼表面必须非常光滑。机翼表面结一层冰就会产生不规则外形,而即使冰层只有1m m 厚也足够影响飞机的正常飞行。对于大型商业飞机来说,飞机的正常飞行高度很高,而周围环境温度都在0℃以下,所以即时掌控机翼前缘的结冰情况对飞机的安全飞行十分重要。
对机翼结冰的处理分为两大类:防冰(防止结冰)和除冰(结冰后除去)。而后者是现在飞机上采用的主流技术,采用除冰系统在冰层没有达到有害厚度时除去。绝大多数除冰技术采用特殊物质(起飞前喷洒的化学物质)或机上携带的机械装置松动冰层,让流经机翼表面的气流将冰带走,从而达到除冰的目的。
在机械系统方面,现代商业飞机通常采用一系列管道从发动机内部引入加热的空气,通过加热空气在结冰机翼表面内侧的流动加热附近的机翼表面,从而达到除冰的目的。但是这不仅会使设计变得复杂,同时还会降低发动机的有效推力。所以,多年来研究人员一直在开发一种替代技术,即向机翼前缘表层里面置入导电元件来直接加热机翼表面,使冰层不会聚集变厚。设计这样一个系统的关键是能够开发一个加热盘、片或者加热元件来提供连续均匀的加热,而且能够在苛刻的环境中正常工作。同时要求该集成的加热系统在损坏或者出现故障时可以方便更换。目前,在技术上还不能满足以上条件,从而使该集成加热系统还没有成功应用于商用飞机的先例。
新型除冰系统的研制
1 喷涂金属导电层
英国G K N 宇航公司对加热元器件开展了多年研究,近年来针对客机上大量采用复合材料而开发出一套复合材料加热解决方案。该方案后来被波音公司选中,其首次商业应用是在787“梦幻”飞机机翼前缘除冰系统上。此外,该技术还具有军事用途,如可用在V -22“鱼鹰”倾转旋翼机发动机进气口和F-35“闪电I I”联合攻击机F135 普惠发动机的进气道上。
GKN 宇航公司的这种方案跟以前除冰系统的加热方法完全不一样,采用的是喷涂金属层沉积技术,即将液态金属直接喷涂到玻璃纤维织物上以形成导电层,通过产生的持续均匀的热量来加热复合材料机翼前缘。纤维织物上喷涂的金属层具有双重功效,既作为导电体导电,又作为电热元件产生热量,把电能直接转化为热能。通过该金属喷涂技术可以将金属层置入金属或者复合材料内部。目前,G K N 宇航公司为波音787 飞机制造的除冰系统就是应用这种技术将金属置入了碳纤维复合材料结构来制备加热垫。
2 除冰系统加热垫的制备
对波音787、V -22 和F -35 来说,G K N 宇航公司可以采用金属喷涂技术将金属材料置入加热垫中。这种加热垫是碳纤维和玻璃纤维的多层复合材料结构,其构件形状和尺寸大小主要依赖于飞机的机翼剖面和配电系统。G K N 宇航公司为波音787 飞机制造了8 个加热垫(附着在前缘缝翼上),每个机翼上有4 个。每个加热垫和前缘缝翼构成一个整体,是一个加热区域,每个前缘缝翼(即每个加热区域)又分为4 ~ 8 个加热面。通过加热垫上预先加工好的孔洞可将加热垫固定在前缘缝翼上。
无论用途如何,加热垫都是按相同的方法制造的, 只是其形状随着要附着结构外形的不同或者应用强度和结构要求的不同而有所变化。波音787 机翼前缘上使用的加热垫是在铝合金阳模上铺设而成的,这样可以满足产品的耐久性要求。模具和其他部件都非常平直,在宽度方向上则严格满足波音公司指定的机翼前缘的空气动力学弯曲曲率要求。
加热垫原料为碳纤维/ 环氧预浸料(单向或者织物)。波音787 上加热垫采用的预浸带为机织物,内部有15 层,切割和装配基本采用全自动的切割系统。根据应用需要,加热垫的预浸带层数可以变化。在碳纤维预浸带的最上层铺一层干态的玻璃纤维织物,这层玻璃织物主要是在碳纤维和喷涂金属层之间起绝缘层作用,防止碳纤维和金属直接接触而发生电偶腐蚀。铺放玻璃纤维织物后,采用机械手将熔融金属直接喷涂到织物上,待冷却凝固。金属层厚度也是根据实际需要而不断变化的。总的来说,厚的金属层产生的电阻小,而薄的金属层产生的电阻大。
喷涂过程现在采用手动操作,但是为了提高效率和产品质量,G K N宇航公司正在积极开发自动操作系统。待金属层凝固成型后,再在上面焊接1 组电线来和飞机上的配电系统连接。在金属层上铺上一层干态玻璃纤维织物和15 层碳纤维/ 环氧树脂预浸带,加上平直盖板后送入真空热压罐中固化成型,而最终的形状以及与飞机机翼连接的孔洞都要经过数控加工。由于热压罐固化工艺存在能耗大等缺点,G K N 宇航公司也正在努力寻找性能优良且经济实惠的非热压罐固化预浸带,以采用非热压罐固化工艺。
该加热垫的一个显著特点就是模块化、标准化,这样每个加热垫都能够很容易地安装在波音787 的前缘缝翼上,并方便在损坏或者出现故障时拆换。而且将电源装置除去后,该加热垫看起来跟其他复合材料没有什么不同。
3 除冰系统的能源损耗
飞机上的电能非常有限,所以在能够达到相同效果的情况下应尽量采用低功率的设备来降低能耗。波音787 飞机上提供除冰服务时使用的加热垫就是显著的例子,该加热垫工作时温度范围为7.2 ~ 21.1℃,能量损耗只有45 ~ 75k W。而采用防冰系统时,则需要消耗150 ~200k W 的电能。波音787 上加热垫的电源控制系统由英国超级电子公司(Ultra Electronics)提供,且每个前缘缝翼配备1 个控制器。
金属喷涂技术在其他方面的应用
为满足不同需要,G K N 宇航公司可采用蜂窝夹芯材料来增加加热垫刚性,也可通过改变加热垫形状和金属层上下的碳纤维铺层的厚度来增加或者减少其强度。如提供给V -22 和F -35 发动机进气道的加热垫的形状就与波音787 前缘缝翼上的不一样。此外,还可以将金属层放在层板叠层的任何位置,甚至包括表面层(直接暴露在气流中),或放在最里层。
GK N 宇航公司的金属喷涂技术不仅仅在除冰装置上获得了成功,还可用于其他领域。如通过加热垫中信号传输的改变,该技术还可以监测结构健康,包括对压力、载荷、裂纹以及材料断裂等的监测,而用其他方法很难或者根本无法实现。
空客A350与波音787起飞对比,差别在哪
波音787,又称为“梦幻客机”(英语Dreamliner),是航空史上首架超远程中型客机,是波音公司1990年启动波音777计划后14年来推出的首款全新机型,由波音民用飞机集团(BCA)负责开发,项目在2004年4月正式启动。经多次延期后,于美国时间2009年12月15日成功试飞,标志着波音787飞机制造项目进入交付使用前最后一个阶段,2011年交付使用。波音787的特点是大量采用复合材料、低燃料消耗、较低的污染排放、高效益及舒适的客舱环境,可实现更多的点对点不经停直飞航线。以及较低噪音、较高可靠度、较低维修成本。
1、载客量不一样
波音787大量采用先进复合材料建造飞机骨架、超低燃料消耗、较低的污染排放、高效益及舒适的客舱环境,主要要竞争对手为空客A350及A330neo。首架波音787于2011年9月26日交付全日空航空公司使用。它变体机型中典型的三层座位设计能容纳242至335名乘客。
空客A350是在空客A330的基础上进行改进的,主要是为了增加航程和降低运营成本,同时也是为了与全新设计的波音787进行竞争。A350-800有276座级;A350-900有315座级;A350-1000有369座级。
2、研制公司不一样
波音787是一款航空史上首架超远程中型客机,是美国著名飞机制造商波音公司于2009年12月15日推出的全新型号。
而空中客车A350是欧洲空中客车公司研制的双发远程宽体客机,是空中客车的新世代中大型中至超长程用宽体客机系列,以取代较早期推出的空中客车A330及A340系列机种。
3、结构特点不一样
波音787是宽体客机,采用双通道,比其他民航客机拥有更大的窗户,窗的位置亦更高。乘客可以看见地平线。窗中以液晶体调校机舱的光暗,减少窗外射入的眩光及维持透明。
机舱内以发光二极管提供照明,取代萤光管,节省约一半电力消耗。机舱气压以电动的空气压缩机维持,不使用引擎压缩段带入的高压空气,比旧款民航机更能保持机舱湿度。
A350有60%的结构采用多种先进的、经过技术验证的轻质混合材料制造,如最新的铝锂合金和碳纤维修增强塑料(CFRP)。第三代铝锂合金的应用,不仅由于材料密度降低减轻了机体重量,同时还可以采用与现有的铝合金零件相同的技术和方法对新材料的零部件进行修理。
参考资料来源:百度百科-波音787
参考资料来源:百度百科-空客A350
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