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航空与航天设备 |
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零部件决定整机：飞机系统零部件所追求的高性能 |
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newmaker |
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依据航空运输协会2010年经济报告“美国航空业对美国整体经济的影响力”，继2009年全球经济衰退以来，美国航空公司的营业收入降低了约17%，2010年被视为自20世纪30年代以来美国航空公司营业收入最糟糕的一年。这一状况也同样波及全球航空公司。根据国际航空运输协会的报告，欧洲航空公司也受到经济衰退的影响，收入下降了15%。随着全球利润开始慢慢回升，燃油价格几乎创出历史新高。为了保持自身的竞争力和增加利润率，航空公司不得不缩减其扩张计划，包括购置新的飞机和设备等。这加重了对机群进行日常维护的负担，而对机群维护的目的是为了确保生命攸关的飞机系统及其零部件完整无缺。近期发生的客机机身撕裂的事故，凸显了这样一个简单的事实：现有的机群内很多飞机年份已久，有着安全隐患；并提醒着联邦航空管理局（FAA）要求航空公司检查较旧的737飞机，查看是否存在金属疲劳的迹象。
要解决飞机和零部件老化的问题，我们能做些什么呢？航空公司不必花费大量的费用替换现有的飞机和系统，随着材料科学的最新发展，OEM和机群的运作人员可使用由聚酰亚胺等耐用高分子材料制成的加固系统元件。这些高性能的零部件有助于加固飞机系统，延长飞机的寿命并减少飞机的维护费用，从而增加最终效益。
与由数不胜数的零部件构成的任何复杂系统一样，飞机的每个零部件都决定着整机的性能。对于任何系统来说，最佳性能非常重要，特别是对于飞机系统。辅助动力装置（APU）、除冰系统、座舱空气调节系统、促动器、喷气发动机和起落装置系统中的轴衬、轴承、止推垫圈和密封圈等零部件是确保飞机整体性能和安全非常重要的零部件。采用聚酰亚胺等高科技材料制作而成的已加工零部件集轻质、耐用、隔热等诸多优点于一体，可加固现有系统，并改善现有系统的性能。除了使用高性能的聚酰亚胺外，与材料供应商保持密切合作进行从粉末到部件的全程工程管理，也有助于确保系统各组成部分的整体质量和具有较长的寿命。
轻质性能
随着燃料费用的持续上涨，飞机系统中轻质零部件的重要性也提到了日程。零部件有数种材料可供选择，包括金属、陶瓷和碳石墨。聚酰亚胺等轻质材料是在不降低质量和安全性的前提下降低飞机构件费用的有效选择。高性能聚酰亚胺零部件有助于减轻各种飞机系统的重量，从而减轻飞机的整体重量，进一步减少了所消耗的燃料总量，赋予OEM厂商竞争优势，使之能为机群业主节约大量成本。
空中耐用性能
对于OEM厂商和机群运营者来说，另一重要的方面是飞机系统的整体耐用性。整个寿命周期内能确保整机具有最优性能的零部件也非常重要。由于航空应用中，零部件会产生大量热量，因此，耐高温性能是确保整机耐用性的一个重要方面。例如，喷气发动机的各个部件可产生315°C (600°F) 的热量，因此，务必要确保其零部件完整无缺，且具有很高的性能。聚酰亚胺材料的零部件可在高达315°C (600°F)的高温下连续使用，间断使用则可承受482°C (900°F)的高温，高温下具有极高的尺寸稳定性（见图1）。这意味着，即便在高温下，这些零部件也不会熔化，并保持原有的形状。实验显示，经过为时2天的温度从22.77°C (73°F) 上升至260°C (500°F)的循环后，添加了耐高温聚酰亚胺的零部件尺寸变化率低于0.04%。另外，聚酰亚胺零部件还拥有很高的耐热冲击性。热冲击是一个技术名词，指的是在温度急剧变化时零部件裂开的情况。陶瓷等材料的导热性很差，因此，很容易出现热冲击的情况。而聚酰亚胺材料则相反，具有很高的导热性能，从而进一步确保了材料的整体尺寸稳定性。
图1：显示了不同的负载和温度下Meldin® 7021耐高温聚酰亚胺的蠕变状况
耐用性极佳的聚酰亚胺零部件在较高的负载和速度下寿命较长，其部分原因是因为其具有自润滑的性能。聚酰亚胺零部件无需采用工业润滑剂润滑以确保其高效运行，从而降低了费用，节约了时间和劳动力。具有自润滑作用的聚酰亚胺部件在高负载和高速度应用环境里也不会熔化。超高的强度和刚度，加之自润滑功能，聚酰亚胺应用于航天系统中关键部位时具备长期无需维护的优势。
另外，即便是在高温下，聚酰亚胺也不失去其抗化学物质、燃料和航空润滑剂的功效。聚酰亚胺与这些物质的任何混合物接触时，并不会被腐蚀。由于飞机及其各系统运行所使用的工业化学物质，如乙醇、甲苯、喷气机4号燃料等，耐腐蚀性这一点至关重要。
最后，聚酰亚胺具有很好的耐磨性，这表示，采用聚酰亚胺制作的零部件在使用中不易磨损，从而可维持系统与其零部件之间的间隙。我们当然不希望出现零部件受腐蚀，从而导致各种零部件相互撞击和摩擦，致使零部件出现“摇摇晃晃，咯吱作响”的情况，这对于任何飞机系统的零部件或整体性能都会产生不良影响。磨损越少，寿命便越长，性能也越佳，且减少维护。
添加保护功能
聚酰亚胺具有很好的隔热性，这一点对于飞机复杂的内部运作非常重要。例如，在除冰系统中，将喷气发动机的热空气导至机翼的金属导管，其周围和靠其布置的聚酰亚胺零部件可防止生成的热量进一步被导至机翼结构内，传至其他敏感系统和装置。聚酰亚胺可对金属导管隔热，从而确保热量不会被传至机翼的其他区域。
材料工艺控制可以进一步确保零部件质量，其重要性丝毫不亚于选择正确的材料。为了确保航空制成零部件的性能和提高其使用寿命，OEM应注意与材料供应商保持密切合作，更为积极地参与到从选粉末冶金到飞机系统零部件制成的整个开发过程中。虽然进行广泛的产品测试可确保材料的性能，而同时咨询身边的材料科学专家和工程师，也有助于确保材料和零部件的设计规范的精准。
在这种严峻的经济形势下，OEM和航空公司必须采取一切措施，在不减弱性能的前提下降低成本。为此，关键系统采用高性能零部件这一点便特别重要。通过与材料科学专家保持密切的合作，依据准确的技术规范共同设计零部件，还可确保采用Meldin 7000等高级聚酰亚胺制作而成的零部件具有一系列极佳的性能。采用轻质聚酰亚胺零部件意味着， 飞机上的系统重量减轻，且未来的燃料消耗量也会减少；而可耐受恶劣航空环境的耐用零部件则意味着，飞机使用寿命变长，维护量减少，替换零部件的频率降低。采用聚酰亚胺材料，OEM和机群业主便拥有了增强整体性能的优质零部件，从而降低运营费用，进一步促使总体收入增加。(end)
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(3/29/2012) |
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