不论是有人机还是无人机,减重是飞机设计者永恒的主题。减重不仅提高了飞机的机动性,也意味着载荷增加、操控性能提升、航程加大、燃油经济性提高,多项研究表明,飞机综合重量每减轻1%,性能提高3%~5%。目前,详细分析国产飞机电气互联系统(EWIS),发现对非金属材料减重已做到极致,要进一步实现EWIS系统减重,通过优化设计的方式实现减重已十分困难,采用其它轻质导体材料替代铜导体,将是一种较好方式。
铜铝复合材料是一种新型层状复合材料,既保持了铜材优良的导电性,又具备铝材突出的轻量化特性。若以铜铝复合材料替代铜导体,将可能实现EWIS系统的有效减重。以某型国产飞机为例,EWIS系统中的电缆内导体使用铜线材总重量达到220余公斤,若应用轻质铜铝复合材料替代,可实现减重100余公斤,效果十分明显。因此,采用综合性能相当的轻质导体材料替代实现飞机减重,效果明显且实现难度较小,效益显著。随着国内航空飞行器使用规模越来大,对航空飞行器用轻量化电线电缆需求年产值将达到20亿元。
铜线材作为航空电气互联系统导线材料已应用了几十年,国内外已形成了成熟完备的应用标准。但目前,应用于航空领域的铜铝复合线材料尚无成熟标准可供参考。同时,由于制备加工铜铝复合线材工艺有多种,不同工艺产品结构规格、电学性能、力学性能均存在较大差异,因此,有必要制定相关线材标准,规范应用于航空飞行器的铜铝复合线材性能指标要求。
国家《十二五规划纲要》指出“新材料产业重点发展新型功能材料、……、共性基础材料。”,共性材料包括铜铝复合材料;《有色金属工业发展规划(2016-2020年)》中指出“推广建筑用铜水管,……、铜铝复合材、超细铜合金丝材在高端功能元器件和先进电力装备等领域的应用。”。国家和行业规划对铜铝复合材料规模应用均做出部署,但未针对航空飞行器应用进行具体表述,因此,根据航空飞行器对轻量化材料迫切需求,有必要开展针对性研究,制定相关飞行器用铜包铝线材标准,从而保证飞机电气互联系统运行的可靠稳定。