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新闻聚焦

【科普知识】飞机都是用什么材料做的?复合材料是未来趋势

【科普知识】飞机都是用什么材料做的?复合材料是未来趋势

在现代,大家所乘坐的民航客机,早已使用了高端的复合材料,确保了优良的飞行性能和足够的安全性。但回顾整个航空发展史,最初的飞机,用的都是些什么材料呢?从要满足长时间飞行和载荷足够的要素来看,制造飞机的材料必须得轻便牢固,同时它还得方便人们改造加工,做到耐高温和耐腐蚀等多项要求。看起来,选择合适的航空材料并不是一件容易的事。 人类历史上第一架飞机,是莱特兄弟在1903年制造的飞行者一号,在当时的科技水平下,他们选用了成本低廉又便于加工的木头。再到后来一战爆发,很多战斗机的外皮也仍然使用的是木质胶合板。直到1915年,德国的雨果·容克,用铝合金造出了世界上第一架结构全部使用金属的飞机。这一举动改变了航空材料的发展前景,到了现代,塑性良好、轻便牢固还成本低廉的铝合金,一直被广泛使用在各种飞机的制造上。 不过铝合金还有和它类似的镁合金,有一个缺点就是不够耐高温,最多只能承受100多度的温度,而飞机发动机的温度更高,这个时候,就只能让更加耐高温的钢材出马了。另外,它们的坚硬程度也不如钢,像飞机各个部件比如机翼和机尾接头的这类地方,对材料的承重性要求很高,最适宜使用的也是耐高压的钢材。用超过三倍音速的速度震惊美国的,前苏联战斗机米格-25,就是靠着80%合金钢的结构,才达到了这样的强度。 但是钢材实在是太重了,一般飞机上,都不会大面积使用钢材。随着航空材料学的科研突破,人们发现了更优秀的材料——钛合金,它集耐高温、轻便、耐高压和耐腐蚀等优点于一身。不过这样优秀的材料,它的冶炼也是比较费力的,而且由于耐高温和耐高压,相比于铝镁合金,它并不是那么容易地就可以进行塑型再加工。不过上个世纪60年代,美国还是用钛合金搞出了一台侦察机SR-71,和米格-25一样,SR-71的飞行速度也超过三倍音速。 随着航空材料学的不断发展,人们开始越来越多地使用起复合材料来,使用两种及以上的复合材料,结合了不同材料的优势,还能抵消它们各自的劣势。不同于传统的合金,近年来飞机上所用的复合材料,大都使用更加轻便的树脂基和碳纤维或玻璃纤维组件混合。比起合金,它们更加便于改造加工,完全可以按照设计图来制定不同部位的强度。还有一个优势就是,它们比金属更便宜。在国际民航市场上大受好评的波音787客机,就大规模使用了复合材料。 毫无疑问,复合材料是航空材料学领域在未来的重点研究方向,几种材料结合的模式,会创造出一加一大于二的成果,比起传统材料,它拥有更多可能性。未来的客机,以及更为高精尖的导弹、火箭和飞船等航天载具,都对材料的适应性和创新性有更高的要求。那个时候,也只有复合材料可以胜任。但是,传统材料肯定也不会那么快就退出历史舞台,它们也拥有复合材料所没有的优势。就算现在的客机,50%都是复合材料,剩下的部分还是需要传统材料。 不过,我们也可以畅想一下未来,随着更多全新复合材料的诞生,航天载具的性能也许会发展到,超乎你的想象。到那个时候,可能我们乘坐一架客机跨越洲际,甚至不用几个小时。
2021-05-28
【科普知识】碳纤维在高铁、地铁巴士和新能源汽车领域中的应用

【科普知识】碳纤维在高铁、地铁巴士和新能源汽车领域中的应用

碳纤维复合材料与地铁巴士: 作为一种全新的公交类型,“地铁巴士”因乘车和运行方式与地铁相同而得名。近年国内市场涌现的地铁巴士多具有“一步登乘、全平地板、大通道”等基本特征,除了高速便捷和舒适安全等优势之外,这种城市公共交通工具更追求低耗能的绿色环保功能。在车体材料中大量使用碳纤维复合材料对减轻车体自重有非常积极的作用。以国内最新发布的一款碳纤维复材地铁巴士为例,其100%采用国产碳纤维复合材料,整车轻量化减重可达到2600-3000kg,乘车效率至少提升50%,同等座位数站立面积提升60%以上,能耗大幅降低,在实现经济高效运营的同时,成功实现了节能减排的目标,助力公共交通产业的绿色低碳发展。 碳纤维复合材料与高铁车辆: 据行业专家预测,如果碳纤维复合材料能够在原材料价格和工艺成本上“更接地气”一点,那么这种高性能先进复合材料在高铁中的应用还有相当大的发展空间,未来碳纤维复合材料在高铁中的应用比例也许会达到30%左右。就目前的应用情况看,碳纤维复合材料能够充分满足轨道车辆内饰件及非主要承载力结构件对强度、刚度、减重等方面的基本要求。在大部分的舱内部件,如车体壁板、厕所、盟洗室、座椅、水箱等部位中,碳纤维复合材料不仅减重,还体现出更为理想的耐疲劳和耐腐蚀性优势。随着碳纤维材料应用技术的进步,其在高铁车辆中的应用也在不断扩展。国内碳纤维零部件制造商智上新材料在长达五年的碳纤维高铁零部件制作基础上,已开始批量化生产碳纤维高铁司机驾驶舱系列部件,包括碳纤维司机控制台面板及驾驶室组合部件等。 碳纤维复合材料与新能源汽车: 对于传统燃油汽车来说,车体自重每减少10%,汽车的燃油效率就能够提高6到8个百分点,有实验数据证明,汽车每减少100kg重量,在行驶100km行驶路程中可节省0.3-0.6L油耗,二氧化碳排放会相应减少约500g。对于新能源汽车来说,轻量化的意义更加重大,因为新能源汽车的续航能力是其目前的软肋。采用碳纤维复合材料替代传统的金属材料是新能源汽车减轻自重最有效的方式之一,碳纤维复合材料不仅重量轻强度大,良好的吸能效果也是其重要的应用理由。当汽车在迎接撞击时,碳纤维复合材料能很好地吸收由碰撞产生的巨大冲击力,并起到良好的缓冲减震效果,减少因撞击产生的碎片,有效提升汽车的安全性能。
2021-05-12
数十人被抓捕,警方出动无人机!发现蕉叶林内竟暗藏……

数十人被抓捕,警方出动无人机!发现蕉叶林内竟暗藏……

随着科技发展,不少新科技融入到生活当中,最近,无人机就变身抓捕神器,让违法人员无处可逃,一起看看↓  ↓  ↓近日,黄埔警方接到群众举报,竟然有人光天化日下聚赌,他们之所以胆大包天, 是因为拥有“得天独厚”的地理环境。聚赌窝点在高速公路下一片蕉林,四周有不同的交叉路口,四周还有涵洞,非常利于逃跑。 后来警方利用无人机制高点的优势,从上往下对赌博窝点的情况进行侦察和拍摄,抓捕了数十名赌博人员并缴获现
2021-04-21
3D打印石墨烯气凝胶的新工艺克服关键障碍,可用于水处理

3D打印石墨烯气凝胶的新工艺克服关键障碍,可用于水处理

石墨烯擅长去除水中的污染物,但这种神奇材料在商业上还不可行。这种情况可能会改变。 在最近的一项研究中,布法罗大学的工程师报告了一种3D打印石墨烯气凝胶的新工艺,他们说这克服了两个关键障碍,可扩展性和创建一种足够稳定的材料版本,以重复使用,用于水处理。 我们的目标是安全去除水中的污染物,而不释放任何有问题的化学残留物,研究人员说,我们创造的气凝胶在放入水处理系统时能够保持其结构,它们可以应用于不同的水处理应用。 气凝胶是一种轻质、高多孔的固体,它是用气体取代凝胶中的液体而形成的,这样产生的固体与原来的固体大小相同。它们的结构结构类似于聚苯乙烯泡沫塑料:多孔性强,重量轻,但强度高,弹性好。 石墨烯是一种由单质碳构成的纳米材料,由单层碳原子排列在重复的六边形晶格中组成。 为了制造出合适浓度的石墨烯墨水,研究人员向大自然求助。他们向其中添加了两种生物聚合物:聚多巴胺(一种合成材料,通常被称为PDA,类似于贻贝的黏附分泌物)和牛血清白蛋白(一种自奶牛的蛋白质) 在测试中,重新配置的气凝胶去除了某些重金属,如铅和铬,这些重金属困扰着全国的饮用水系统。它还能去除有机染料,如阳离子亚甲基蓝和阴离子埃文斯蓝,以及有机溶剂,如正己烷、庚烷和甲苯。 为了证明气凝胶的再利用潜力,研究人员在气凝胶中使用了10次有机溶剂。每次,它都清除了100%的溶剂。研究人员还报告说,在第三个循环后,气凝胶捕捉亚甲基蓝的能力下降了2-20%。 研究人员说,气凝胶还可以按比例放大,因为与纳米片不同,气凝胶可以打印出更大的尺寸。他说,这消除了以前大规模生产中固有的问题,并使该工艺可用于大型设施,如污水处理厂。他补充说,气凝胶可以从水中去除,并在其他地方重复使用,而且它们不会在水中留下任何残留物。 该项目旨在寻找降解每氟和多氟烷基物质(PFAS)的方法和工具。PFAS是一种难以分解的有毒物质,被称为“永远的化学物质”。研究人员注意到这与他在3D气凝胶上的工作相似之处,他希望这两个项目的结果可以结合在一起,创造出更有效的去除水中污染物的方法。 我们不仅可以使用这些气凝胶来包含石墨烯颗粒,还可以使用纳米金属颗粒作为催化剂,研究人员说,未来的目标是将纳米金属颗粒嵌入气凝胶的墙壁和表面,它们不仅能够降解或破坏生物污染物,还能破坏化学污染物。 文章来源:贤集网
2021-04-16
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