DarkAero1是一架远程、高速、双人、实验性全复合材料飞机。整个机身主要由碳纤维/环氧树脂制成,重量约200磅。
通用航空是一个广义的术语,包括所有非大规模、定期货运和客运业务的民用航空。这意味着从超轻型到多引擎涡轮螺旋桨和涡扇喷气式飞机的任何东西。出于本文的目的,我们将主要关注通常用于商务或娱乐旅行的活塞动力固定翼飞机。在美国,约有17.5万架飞机飞往约5000个公共机场,其中只有约10%有定期商业航班。
经过认证和试验的通用航空公司已经采用纤维增强复合材料60多年了。20世纪50年代末,派珀飞机公司(美国佛罗里达州维罗海滩)制造了一款全玻璃纤维原型PA-29 Papoose。在 20 世纪 60 年代,滑翔机制造商开始广泛使用玻璃纤维,他们一直希望减轻重量并提高升阻比。经过八年的认证过程,1969 年,Windecker Eagle I 成为第一架获得美国联邦航空管理局(FAA)认证的全复合材料动力飞机,其无纺玻璃纤维“Fibaloy ”和泡沫结构。
复合材料实验(自制或套件)通用航空飞机在20世纪70年代初真正起飞,当时Burt Rutan的VariEze(以及Long EZ等衍生产品)非常受欢迎。鲁坦的创新之一 是使用夹层泡沫作为“工具” ,实现复合材料的“无模” 制造。
20世纪90年代,通用航空开始使用碳纤维复合材 料,并从20世纪80 年代开始慢慢走出衰退。西锐和钻石等主要通用航空制造商推出了仍然流行的单引擎认证飞机系列。实验飞机很快转向不断增加的碳纤维含量,新的轻型运动飞机(LSA- Light Sport Aircraft)类别为复合材料带来了更多的机会。
01 通用航空飞机的类别”
通用航空固定翼飞机的三个主要类别(认证、实验 和 LSA)都给复合材料带来了不同程度的挑战。
经过认证的飞机是政府批准的(由美国联邦航空局 批准),需要多年的开发和测试才能证明其设计和制造 过程。实验飞机大多由个人根据计划或套件建造,虽然 有一些政府监督,但它更为宽松,因此可以进行更多创新。
LSA 在某种程度上是其他两类之间的桥梁。这些飞 机没有经过严格的认证(使用行业共识标准而不是政府 授权),因此可以进行更多的创新,但通常制造商制造的 飞机比实验飞机具有更多的过程控制。LSA 的设计在飞 机重量、乘客数量和速度方面也受到限制,尽管正在考 虑制定新的规则来扩大这些限制,并可能增加一个新的 类别,即轻型个人飞机。
02 实验飞机M&P
复合材料和加工因通用航空类别而异。但从广义上讲,重点是低成本和中等性能,标准的未渗透环氧树脂和E-玻璃纤维增强材料非常常见(尽管标准模量碳纤维越来越普遍)。
对于实验类,无论是玻璃纤维还是碳纤维,基本的湿法叠层工艺在历史上都占主导地位。低粘度、由两部 分组成的室温固化环氧树脂以精确的重量比手动混合, 然后手动铺在干布上,然后切割成型并铺在简单的工具或成型泡沫上,这可以作为夹层结构的飞走工具(flyaway tool)。
近年来,真空辅助树脂转移模塑(VARTM- vacuumassisted resin transfer molding )等灌注加工越来越流行。干织物包括7781玻璃纤维和/或 2x2碳斜纹(主要是玻璃纤 维和少量碳纤维的混合叠层是常见的),然后将其铺在 带有增粘剂的模具中并装袋;通过真空将低粘度的两部分环氧树脂拉入叠层中。像Arion Lightning 或 DarkAero 的 DarkAero1这样的飞机正在利用输液可以提供的不那么杂乱、质量更好、纤维体积更大的部件。