不算不知道：飞机复合材料减重带来的经济效益有多少？

减重是飞机设计永恒的主题，为减轻每一克重量而奋斗是每一位飞机结构设计师的终极目标。

先看几张图

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军机复合材料用量占比

客机复合材料用量占比

不同时期飞机复合材料的使用

波音787-8飞机复合材料的用量已达到50%，全机实现减重20%。

波音777飞机使用了约12%的复合材料，减重约2631kg。

空客A380飞机碳纤维复合材料用量约22%，另外机身上还有约3%的GLARE层板，总计约25%。此外，A380在中央翼翼盒采用了复合材料结构，整个中央翼翼盒8.8吨，其中复合材料占据5.5吨，相比铝合金结构减重1.5吨。

依据这个简单换算一下，空客A380飞机某部件全复合材料方案相比全铝合金方案减重比例可以达到21.4%（留着后面会用）。

A350XWB飞机，中央翼及外翼均采用了复合材料结构，复合材料结构已经达到了53%.

国产大飞机C919的复合材料用量也达到了12%，虽然与波音空客有较大差距，但是也算一个不错的开端。

据说国产大型宽体客机C929复合材料用量将达到50%，略表担忧，以当前的复合材料设计能力及制造能力，盲目追求复材用量并不见得就是好事。

由上述信息可以看出，为了实现最大的减重效果，飞机上使用的复合材料结构越来越多，且从早期的应用于整流罩、雷达罩、前后缘等次承力结构已经逐渐过渡到机翼、机身等主结构。那么大量使用复合材料结构究竟能带来什么效益呢？

减重效益知多少？

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飞机重量的减少将有效提高飞机的飞行性能以及经济性。对于军机来讲，机体重量减轻，飞行性能就可以明显提升。对于商用飞机而言，经济性无疑是一个关键的性能指标，飞机自身重量轻了，油耗降低，运营的成本自然也就降低了，这里重点分析一下经济效益。

前面的数据都是复合材料用量多少，比例多少，减重多少公斤，看上去好像不是很直观，现在就简单把它换算成耗油量及RMB，看看复合材料减重到底能给商业飞机带来多少经济效益呢。

A340飞机

飞机燃油消耗主要与以下几个因素相关：空机重量，有效载荷重量，机龄，燃料质量，飞行速度，天气等。下面以空客A340-300飞机为例，计算一下空机重量减少20%时对应的总燃油节省量。

飞机基本数据：

空机重量（OEW）：129300kg，也叫飞机基本重量,指除商务载重（旅客及行李、货物邮件）和燃油外飞机作好执行飞机飞行任务准备的飞机重量。

最大零燃油重量（MZFW）：178000kg，指飞机除去可用燃油的实际总重量，等于空机重量加上有效载重。

最大起飞重量（MTOW）：275000kg，是指因设计或运行限制，飞机起飞时所容许的最大重量。

最大航程@最大重量：10458km

巡航速度: 0.82 马赫 (875 公里/小时)

其他数量可以根据上面给出的数字计算：

最大载重量= MZFW-OEW = 48700kg

最大燃油重量= MTOW-MZFW = 97000kg

因此，可以根据最大燃油重量和最大航程计算每公里的油耗= 97000kg / 10458km = 9.275kg / km

假设采用了复合材料结构空机重量减少20％（往前翻）：

OEW（新空机重量）= 129,300千克* 0.8 =103440千克，相当于减轻了25860千克的重量。

假设货物和燃料重量保持不变，则：

MZFW（新零燃油重量）= MZFW-25860公斤= 152140公斤

MTOW（新最大起飞重量）= MTOW-25860公斤= 249140公斤

假定97000kg的燃油重量不变，最大起飞重量MTOW减少了，最大航程自然就会增加，以简单比例关系来计算一下新的最大航程：

得出X = 11,543.51公里。

新的单位里程油耗为= 97,000kg / 11,543.51km = 8.403kg / km。

每公里的油耗降低了约9.275kg-8.403kg=0.875kg

因此，从长远来看，若空客A340-300飞机空机重量减重20%的情况下，每10000公里的航程燃油节省约为8750公斤。

假定航空煤油价格按4000元/吨计算，每10000公里航程可节省燃油成本3.5万元。

再假定其寿命为6万飞行小时的话，巡航速度875 公里/小时（近似忽略爬升和下降段吧），单架飞机全寿命周期内可飞行52500000公里，单架机全寿命周期内可节省燃油成本约5250万公里*3.5万元/万公里=1.8375亿元。

继续往下算

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1万元的百元人民币大约1cm，1亿元百元人民币大约是100米，1.8375亿元就是183.75米，比1.8米的你是不是高多了，比你家楼房是不是也要高。

想象一下，一个非生命体20年省下来的钱都比普通人一辈子工作赚的钱多那么多，高那么高，骚年，我们还有什么理由不努力搬砖

。

除此之外，油耗降低了，碳排放降低，对环境的污染也减少了，潜在的社会效益也是有的。

环境好了，心情就好了，人民的生活幸福感就提升了，不能再算下去了

。

话说眼瞅着要入冬了，雾霾天又要来临了，有点淡淡的忧桑。

纯属娱乐，仅供参考

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