如何把飞机越造越轻，也是挺有意思的

这里看到的，航空知识的主编写的，贴一下出处吧，不然又被骂。

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2016-4-28 13:34 上传

美国F-35B战斗机研制过程中，减重成为重要的技术难题，技术人员不断地优化结构和材料，其难度就如同向材料和结构科学的绝世武功进发，其代价是无数次的拖延和预算不断超支。

在工程技术领域，轻量化的工作主要是两个方向：新材料的应用和结构的优化。第一点依靠材料学的进步，这是内功，需要经年累月才能练就晋级；第二点依靠计算机模拟技术的发展，这算是取巧的方法，但对物理仿真和试验科学要求极高。在这两个方面美国都具有很大的优势，所以也就不难理解为什么是美国车可以做到了。我不懂汽车，但对航空有些了解，想来汽车与航空应有共通之处，权且拿来做个类比吧。我觉得比汽车更为强调轻量化的，也正是美国人擅长的航空航天领域，我不妨也才航空领域来解读一下结构优化和计算机仿真技术带来的科技成果。

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2016-4-28 13:35 上传

空客A350XWB客机上用钛合金制造的行李舱安装架

飞机和汽车都是交通工具，无非一个天上飞，一个地下跑。要运动，就都得需要能量，我们知道著名的动能公式，燃烧燃料产生的能量，与物体的质量和速度平方的乘积成正比。说得通俗些，如果飞机或汽车能把体重减下来，那么在消耗能量不变的前提下，能够达到的速度会更高，或者说在达到速度不变的情况下，消耗的燃料会更少。如果你去看看波音和空客两大巨头为了减轻新型客机的结构重量，在新型轻质合金和复合材料上费了多少心机，你就会明白每一克重量的减轻对于一架在长达20年的运营周期中所代表的经济效益了，这其中还不考虑欧盟为航班碳排放所征收的费用。减重当然不仅仅是为了省油环保，对于那些时刻准备与敌人搏杀蓝天的战斗机而言，敏捷性和加速性是它们最为关键的技术性能，如果它们的重量能够减轻，意味着同样的气动操纵作用力所产生的姿态变率会等比例增加。在经典空战时代，你的转弯半径比敌机小一点可能就意味把对手套进瞄准光环。正因如此，在军用作战飞机研制过程中，设计师们最为纠结的往往是减重，减重几乎能够解决一切问题。如果发动机动力无法继续提升，如果飞机载荷不足，如果飞机航程不够，如果飞机操纵响应迟缓，那就想办法瘦身减重吧。这一点对于汽车也同样适用，没有什么物体能逃脱F=ma的物理铁律。

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复合材料制造的客机翼身连接部位蒙皮

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2016-4-28 13:36 上传

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复合材料蜂窝结构也能很大程度上减轻飞机的结构重量

想来汽车也和现代飞机一样，减重无非是两种途径，改进结构和采用新型材料。改进结构并非是在结构蓝图上随意动刀剔骨剜肉，必须在保证结构强度和刚度不变甚至提升的基础上完成。现代飞机的结构减重，全部在计算机仿真模拟的基础上，再结合实际的应力测试进行。感谢现代计算机材料仿真分析技术，我们可以在计算机上测试各种形状、材质结构的强度和刚度，从而选择最优的结构方式。计算机仿真软件可以帮助设计人员把有限的材料分配到最需要的地方，确定飞机的理想结构方式。而使用新材料，则更加具有技术含量。钛合金是今天高性能飞机上广泛采用的先进材料，它一个主要优点就是重量轻，强度高，钛合金的密度一般仅为合金钢的60%左右，但其强度远超许多合金钢，比强度（强度/密度）远大于其他金属材料。因此在飞机发动机构件、框架、蒙皮、紧固件及起落架等部位都有使用。复合材料更是一个突出的例子，复合材料就是纤维纺织材料与和合成树脂一层层粘合成型的结果，其原理和中国唐代便盛行的夹纻工艺有异曲同工之妙。这种材料最大的好处便是重量轻，比轻质合金还轻，而且随着现代化工纤维纺织工艺和合成树脂技术的进步，复合材料已经开始从非关键结构向关键结构挺进。空中客车公司A350XWB上复合材料的用量已经达到53%，这是相当惊人的数字。美国第三代主力战斗机F-15钛合金用量占飞机全重的27%，复合材料占2%；而到了第四代战机F-22，这里比例分别达到了41%和25%。如果你知道钛合金部件加工制造难度之大，你就会理解人类对于航空器减重举措的执着。

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2016-4-28 13:36 上传

强化纤维复合材料层叠固化后,就能成为轻质坚固的航空部件,许多飞机部件就是用这种布料加上胶水糊出来的。

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2016-4-28 13:37 上传

今天航空厂商在为了每一克减重而努力,减重就意味着节能,就意味着低成本,同时也意味着严峻的技术挑战

现代汽车也一样面临减重迷题。设计人员通过计算机模拟仿真测试筛选出的新型车身结构，不仅减轻了重量，还能提高车身强度和刚度。强度提高保证了车辆在紧急状况下的防撞安全性，而刚度提高则意味着车身在不同的姿态下自身变形量显著降低，从而能够让悬挂部件更加精确地动作。如果一辆汽车能减重300磅，这就好比坐在你副驾上的一个大胖子突然跳下，这和当年的飞机差不多，当轰炸机突然把重型炸弹投下时，机组人员会感到飞机猛地向上一窜。如果您属于钱袋敏感型，那么汽车减重带来的油耗红利会让您感到减重与省钱之间的微妙关联。



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美国F-35B战斗机研制过程中，减重成为重要的技术难题，技术人员不断地优化结构和材料，其难度就如同向材料和结构科学的绝世武功进发，其代价是无数次的拖延和预算不断超支。

在工程技术领域，轻量化的工作主要是两个方向：新材料的应用和结构的优化。第一点依靠材料学的进步，这是内功，需要经年累月才能练就晋级；第二点依靠计算机模拟技术的发展，这算是取巧的方法，但对物理仿真和试验科学要求极高。在这两个方面美国都具有很大的优势，所以也就不难理解为什么是美国车可以做到了。我不懂汽车，但对航空有些了解，想来汽车与航空应有共通之处，权且拿来做个类比吧。我觉得比汽车更为强调轻量化的，也正是美国人擅长的航空航天领域，我不妨也才航空领域来解读一下结构优化和计算机仿真技术带来的科技成果。

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空客A350XWB客机上用钛合金制造的行李舱安装架

飞机和汽车都是交通工具，无非一个天上飞，一个地下跑。要运动，就都得需要能量，我们知道著名的动能公式，燃烧燃料产生的能量，与物体的质量和速度平方的乘积成正比。说得通俗些，如果飞机或汽车能把体重减下来，那么在消耗能量不变的前提下，能够达到的速度会更高，或者说在达到速度不变的情况下，消耗的燃料会更少。如果你去看看波音和空客两大巨头为了减轻新型客机的结构重量，在新型轻质合金和复合材料上费了多少心机，你就会明白每一克重量的减轻对于一架在长达20年的运营周期中所代表的经济效益了，这其中还不考虑欧盟为航班碳排放所征收的费用。减重当然不仅仅是为了省油环保，对于那些时刻准备与敌人搏杀蓝天的战斗机而言，敏捷性和加速性是它们最为关键的技术性能，如果它们的重量能够减轻，意味着同样的气动操纵作用力所产生的姿态变率会等比例增加。在经典空战时代，你的转弯半径比敌机小一点可能就意味把对手套进瞄准光环。正因如此，在军用作战飞机研制过程中，设计师们最为纠结的往往是减重，减重几乎能够解决一切问题。如果发动机动力无法继续提升，如果飞机载荷不足，如果飞机航程不够，如果飞机操纵响应迟缓，那就想办法瘦身减重吧。这一点对于汽车也同样适用，没有什么物体能逃脱F=ma的物理铁律。

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复合材料制造的客机翼身连接部位蒙皮

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复合材料蜂窝结构也能很大程度上减轻飞机的结构重量

想来汽车也和现代飞机一样，减重无非是两种途径，改进结构和采用新型材料。改进结构并非是在结构蓝图上随意动刀剔骨剜肉，必须在保证结构强度和刚度不变甚至提升的基础上完成。现代飞机的结构减重，全部在计算机仿真模拟的基础上，再结合实际的应力测试进行。感谢现代计算机材料仿真分析技术，我们可以在计算机上测试各种形状、材质结构的强度和刚度，从而选择最优的结构方式。计算机仿真软件可以帮助设计人员把有限的材料分配到最需要的地方，确定飞机的理想结构方式。而使用新材料，则更加具有技术含量。钛合金是今天高性能飞机上广泛采用的先进材料，它一个主要优点就是重量轻，强度高，钛合金的密度一般仅为合金钢的60%左右，但其强度远超许多合金钢，比强度（强度/密度）远大于其他金属材料。因此在飞机发动机构件、框架、蒙皮、紧固件及起落架等部位都有使用。复合材料更是一个突出的例子，复合材料就是纤维纺织材料与和合成树脂一层层粘合成型的结果，其原理和中国唐代便盛行的夹纻工艺有异曲同工之妙。这种材料最大的好处便是重量轻，比轻质合金还轻，而且随着现代化工纤维纺织工艺和合成树脂技术的进步，复合材料已经开始从非关键结构向关键结构挺进。空中客车公司A350XWB上复合材料的用量已经达到53%，这是相当惊人的数字。美国第三代主力战斗机F-15钛合金用量占飞机全重的27%，复合材料占2%；而到了第四代战机F-22，这里比例分别达到了41%和25%。如果你知道钛合金部件加工制造难度之大，你就会理解人类对于航空器减重举措的执着。

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强化纤维复合材料层叠固化后,就能成为轻质坚固的航空部件,许多飞机部件就是用这种布料加上胶水糊出来的。

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今天航空厂商在为了每一克减重而努力,减重就意味着节能,就意味着低成本,同时也意味着严峻的技术挑战

现代汽车也一样面临减重迷题。设计人员通过计算机模拟仿真测试筛选出的新型车身结构，不仅减轻了重量，还能提高车身强度和刚度。强度提高保证了车辆在紧急状况下的防撞安全性，而刚度提高则意味着车身在不同的姿态下自身变形量显著降低，从而能够让悬挂部件更加精确地动作。如果一辆汽车能减重300磅，这就好比坐在你副驾上的一个大胖子突然跳下，这和当年的飞机差不多，当轰炸机突然把重型炸弹投下时，机组人员会感到飞机猛地向上一窜。如果您属于钱袋敏感型，那么汽车减重带来的油耗红利会让您感到减重与省钱之间的微妙关联。