汉莎科技：灵活的CFRP结构设计 服务私人定制飞机

德国汉莎航空旗下的汉莎科技（Lufthansa Technik）是世界领先的商用飞机维修、航空发动机及零部件维修专业公司。汉莎科技日前宣布，与Darmstadt理工大学合作的“纤维之力（Fiber Force）”研究项目已初现成果。



　　在客机结构中采用碳纤维复合材料，不仅可以减轻机身重量，其本身亦发挥了重要的承力作用。波音新款787梦想客机和空客A350的机体结构用的几乎全是碳纤维。在一些关键承力部位，像龙骨梁（keel beam）、后部隔框（rear bulkhead）、中央翼盒（center wing box），碳纤维也在发挥着愈加重要的作用。

　　而对于一些私人定制飞机的客户（VIP customer）来说，机体结构需要作出适当的变动，以便在特定的位置安装特定的附加部件，来满足个性化的服务要求。同时，增加的载荷又必须得到有效的疏散。这对飞机结构设计提出了较高的要求。”纤维之力“研究小组因此而诞生。

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　　他们的首要研究目的是，将额外的载荷有效的导入碳纤维复合材料机体结构中去。

　　研究人员面对的第一个课题是准确测量厚10毫米、长度在0.5-3米不等的机身地板的最大载荷是多少。为此，需要对碳纤维本身、对承重结构（frame）、对长桁（longitudinal stringers）和他们之间的接合点（attachment point）做更细致的研究。为确保解决方案长期有效，研究人员在测试工厂模拟了飞机运行的真实环境。进一步的材料性能测试还将查明碳纤维一些尚未为人所知的性能。



　　为了在机舱中添设附加部件，需要在地板上安装接着点（hard points）。这些和嵌入部件（inserts）类似的接着点采用胶粘的方式固定在机舱地板上，每个有手掌那么大小。采用这样的方式，不论是添设一组橱柜、桌椅或是隔板，都可以灵活地选择位置。而每一个固定在地板上的接着点（attachment point）均可承受约3000牛顿的力。在一位私人客户定制的VIP波音747-8客机上，总共安装了不少于40个这样的接着点（hard points/attachment points）。

　　可是一旦私人定制的飞机被改造成更多的小隔间，当机舱中压力突然降低时，这种分割设计会放大压力突降的影响，在机舱中形成极低的压力，给舱壁、地板和家具带来损伤。为了弥补这部份损失的气压，研究人员在机舱地板上设计了更大的通气阀（cutout或者breather vents）。在不同飞行环境的模拟中，研究人员可以了解飞机何处的内外舱压平衡，而何处的机构需要加强。

　　以上就机舱地板进行的实验所得成果可以依样应用到机舱横侧（side ）和舱顶（upper）中去，由三者共同实现额外应力的疏导。基于上述实践，研究人员进一步设计了机身的整体结构。这是一次突破性的尝试，因为没有任何设计数据可以参考。目前，设计工作人在进行中。

　　如上所述，该项目的研究成果已经应用到了一架私人定制的飞机上。研究团队还将就地板接着点（floor attachment points）做其他领域的拓展研究。其为机舱内饰和个性化设计带来的可能性，将使得汉莎科技得以在不久的将来为VIP客户提供私人定制飞机的可靠解决方案。

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中国国际复材展组委会编译