
看一下 787 上的部件都是那里制造的吧,小国旗标的很明白了。中国制造的有机身机翼整流罩,垂直安定面前缘,还有方向舵。最难做的飞机部件之一是飞机的大翼。制造商是日本三菱重工

制造 787 机身的热压炉,里面的温度和压强是严格控制的,复合材料部件在热压炉里固化成型

787 静力试验中断裂的复合材料
个人感觉 787 修理的时候,航空公司就开始做恶梦了,飞机维修公司就笑逐颜开了。比如说修发动机风扇机匣整流罩时,可以把它拆下来送到复合材料车间去修,不太严重的损伤就直接在原位修理了。修理时首先要把损伤的碳纤维层打磨掉,打磨掉了几层纤维,就要按原来纤维布的铺层方向修补几层。所以损伤部位最后要打磨成圆形或椭圆形的(理想状态),中间最低,一层比一层扩大半英寸的斜面。这可是技术活,复合材料部件上一层碳纤维布也就 0.01 英寸,修三层,0.03 英寸厚,你要把它打磨成 1.5 英寸宽的斜面,还要分清楚每一层纤维布的铺层方向!(英寸换毫米?1 英寸=25.4 毫米,您来做算术)一家飞机修理公司也就只有几个人能把这活做得漂亮。愿为修理最重要的一点,就是一定要保证,打磨的时候,绝对不能让石墨纤维乱飞,所以在工作之前必须用塑料布搭个严严实实的帐篷,才能开工。否则石墨纤维飞到燃油流量控制器等电子器件里,那就灾难了,石墨纤维可是导电的!

维修中的复合材料发动机罩
飞机上用的碳纤维,准确说是石墨纤维,制造过程说起来是简单的(其简单仅限于说说而已),原料是 PAN(polyacrylonitrile)纤维,一种人造丝。先把人造丝在 200 到 300 摄氏度的环境里氧化、固化 1 小时。然后再到 1,200 摄氏度的环境里碳化 1 到 2 分钟。在 2,000 到 3,000 摄氏度温度下1到2分钟这时发生石墨化反应,这才得到高强度,高模量的石墨纤维。碳化反应产生的是无序的结构,而在石墨化反应中,除去了材料中的氢、氮、氧等其他元素,只留下了有序排列的碳链,这样就得到了高密度高模量的石墨纤维。石墨纤维还要再氧化处理一下,目的是为了提高与树脂的粘接性能。
纤维做出来后,然后纺成比如说 3,000 根一股(叫 3K),在编织成石墨纤维布,平纹的,或者绒布的等等,都是纺织专业名词。顺便给出一个数量级的概念,这些飞机上用的玩艺有多贵呢?玻璃纤维布 0.75-7 美元/磅;卡夫拉纤维布 12-20 美元/磅;碳纤维布 12-100 美元/磅。也别对这些价格太认真。美国没有得次贷感冒的时候,这些东西有价无货;得了两场大感冒后,行情就另说了。

漂亮的碳纤维布
石墨除了在工业上应用广泛,在军事上也是很厉害的—石墨炸弹 BLU-114/B!海湾战争中,美军的石墨炸弹瘫痪了伊拉克 85% 的电力供应;接下来在科索沃战争中,又摧毁了塞尔维亚 70% 的电力基础设施。怎么整的?一颗石墨炸弹里有很多小炸弹,小炸弹筒里装了很多超细的,经过化学处理的石墨纤维束,我猜想为了达到更好的破坏效果,石墨纤维束应该是长短不一的。可能也用不着,一炸开,纤维就长短不一了。石墨炸弹在变电所,变压器跟前爆炸,炸出极多的石墨纤维,搭到哪里,哪里就形成导电通路,然后石墨纤维受热蒸发,形成电弧……,想像一下!金属做的供电设施哪里受的了这般连烧带炸得折腾,Game Over了,修都没法修!

BLU-114/B 石墨纤维子弹药
螺丝钉
螺钉(Screw)一般用在受力不是很大,而又需要经常拆卸的场合,比如盖板。螺栓(Bolt)用在受力较大的地方,比如轮毂的两个半毂的安装,大翼与机身的连接安装。发动机往吊架上安装。请您注意一下照片中螺钉漂亮的颜色,照片上这些螺钉都是钢质的,但不是钢铁的本色。因为它们表面电镀了一层镉(Cadmium)。

形形色色的航空螺丝
不仅是螺钉,大部分飞机上用的钢质的螺栓、螺帽等紧固件都要镀上一层至少 0.005 英寸的镉。不仅颜色很好看,更重要的是防腐的需要。其实金属镉很软,很容易划伤。但是当镀镉层划伤后,它与空气或水中的氧起反应,形成致密的,隔绝水和空气的氧化层。这种保护称为牺牲腐蚀(Sacrificial Corrosion)。

形形色色的航空螺栓
飞机上用的铝合金也不是随便用的,2024 铝合金含铜 4.5%,锰 0.6%,镁 1.5%;7075 铝合金含铜 1.5%,镁 2.5%,锌 5.6%,铬 0.3%。这两种铝合金是飞机上最常用的,2024 铝抗拉伸,所以机身机翼的下半部蒙皮用 2024-T3;飞机上半部蒙皮、隔框、桁条多用 7075-T6。T3 代表固溶热处理加硬化;T6 代表固溶热处理加人工实效。一般说来,可以热处理的铝合金抗应力腐蚀的性能高一些。飞机表面用的铝合金蒙皮,一般还要在表面包一层纯铝。把复杂的东西往简单里说,就是在已经热处理过的铝板的两个表面轧上一层纯铝,纯铝的厚度大约是铝合金总厚度的 5%。举例说,如果包铝的铝板厚度是 0.040 英寸,那么铝板的两面各有一层 0.002 英寸的起防腐保护作用的纯铝。在力学上真正顶事的是 0.036 英寸的铝合金板。这层纯铝的作用是,表面包铝层划伤后,纯铝立刻与氧反应,形成致密的氧化铝膜,防止腐蚀内部的铝合金。

2024-T3 航空铝板

各种铝合金板材的颜色稍有不同
防止腐蚀,控制腐蚀是飞机维修最重视的问题(之一吧)。如果您稍微留点神,就会发现国内民航的飞机几乎都是新飞机,老旧飞机不是退租就是卖掉。相反,美国各航空公司的飞机反而是非常老旧的飞机。其中主要的问题还是在防腐控腐和结构修理的能力上。说的极端一点,飞新飞机是航空公司在给波音、空客打工;飞旧飞机才是给自己挣钱。我现在修的飞机(包括一些民航客、货机)大部分都是和我年龄差不多大小的(那才有修头啊!把飞机翅膀拧下来,修好,在安上去,那多有成就感!),当然,给自己挣钱需要对自己的能力有足够的信心才可以。国人爱吃生猛海鲜,飞机货舱都装海鲜了。海水腐蚀铝合金,那真是太 EZ 了。

被腐蚀的铝合金表面
那么腐蚀一定要发生,那怎么办?一个原则:让便宜的部件先腐蚀!让便宜的部件先显露迹象,那么例行检查时发现了拆换就是了。飞机上什么最便宜?一般紧固件。那就让螺丝钉们先腐蚀吧!
