【文章內(nèi)容簡介】 （BMW i Vision FutureInteraction）概念車（圖13）；同時(shí)推出BMWi3（94Ah）型新車，該車整車質(zhì)量僅1 245kg，一次充電續(xù)航里程可達(dá)200 km， s，靈活性獨(dú)特。其中，BMW i3采用“LifeDrive”模塊化車身架構(gòu)設(shè)計(jì)，由乘員座艙（Life）模塊和底盤驅(qū)動(dòng)（Drive）模塊兩部分組成。乘員座艙模塊又稱生命模塊（圖14），其構(gòu)成駕乘人員的乘用空間，采用CFRP制成的生命模塊，質(zhì)量輕、安全性非常高，且乘用感寬敞、均稱。底盤驅(qū)動(dòng)模塊又稱eDrive驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由鋁合金制成，集成了電機(jī)（最大功率125 kW，最大扭矩250 Nm）、電池和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力部件。BMW公司通過與SGL汽車用碳纖維材料（SGL Automotive CarbonFibers）公司合作，歷經(jīng)10多年研發(fā)，開始生產(chǎn)自己所需的碳纖維。其BMWi3型車中生命模塊的制造工藝：將碳纖維織成織物后浸潤于專用樹脂中，制成預(yù)浸料；將預(yù)浸料熱定型成剛性車身零件；采用專門開發(fā)的技術(shù)，將車身零件全自動(dòng)地黏合成完整的車身部件（圖15）。所得CFRP車身具備極高的抗壓強(qiáng)度，能承受更快的加速度，整車的敏捷性和路感都非常好。6CFRP作為新概念貨運(yùn)卡車的車體結(jié)構(gòu)世界零售業(yè)巨頭沃爾瑪（Walmart）公司在28個(gè)國家的63個(gè)區(qū)域擁有11 500家門店。其在美國擁有1支由近6 000輛貨車組成的卡車車隊(duì)，它們會將產(chǎn)品送至遍布于美國的數(shù)千家門店。該車隊(duì)為保持持續(xù)的生存能力和效率，一直以“行駛里程更少，運(yùn)輸量更多”為目標(biāo)，依靠提高司機(jī)駕駛技術(shù)、采用先進(jìn)牽引掛車、改進(jìn)過程與系統(tǒng)籌劃等措施，實(shí)現(xiàn)2007—2015年間車隊(duì)行駛超480萬km，運(yùn)送集裝箱數(shù)超8億，%。其中，牽引掛車的性能對實(shí)現(xiàn)“多拉少跑”的目標(biāo)關(guān)系重大，故沃爾瑪公司投入巨資開展“沃爾瑪先進(jìn)車輛體驗(yàn)（The Walmart AdvancedVehicle Experience）”的新概念卡車研究計(jì)劃。已研制的新概念卡車集成了空氣動(dòng)力學(xué)、微型渦輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣化、先進(jìn)控制系統(tǒng)，以及CFRP車體等前沿技術(shù)。主要技術(shù)創(chuàng)新：先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，整體造型優(yōu)雅，氣動(dòng)性能較現(xiàn)行的Model 386型卡車提高20%；微型渦輪混合電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)清潔、高效、節(jié)油；司機(jī)座位設(shè)計(jì)于駕駛室中央，具有180176。的視野；電子儀表盤可提供定制化的量程和性能數(shù)據(jù)；滑動(dòng)型車門和折疊型臺階提高了安全和安保性能；空間寬敞的駕駛室設(shè)有帶折疊床的可伸縮臥室。牽引掛車的整個(gè)車身采用CFRP制成， m（53英尺）長的單塊板材，其優(yōu)異的力學(xué)性能可確保車體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；采用先進(jìn)黏結(jié)劑黏合，最大限度地減少了鉚釘數(shù)量；凸鼻形的造型設(shè)計(jì)可在充分保證載貨容量的前提下，有效提高氣動(dòng)性能；低剖面LED燈光更節(jié)能、耐用（圖16）。目前，該計(jì)劃已完成84%的任務(wù)量，但仍有許多創(chuàng)新性技術(shù)有待繼續(xù)研發(fā)?？梢灶A(yù)見，沃爾瑪公司的新概念卡車對推進(jìn)卡車技術(shù)的進(jìn)步和拓展碳纖維的應(yīng)用，有非常大的作用。7CFRP作為風(fēng)電葉片的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)風(fēng)能是最具成本優(yōu)勢的可再生能源，風(fēng)能發(fā)電在近10年來已取得飛速發(fā)展。截至2016年5月，全球風(fēng)電裝機(jī)容量已近4 270億MW（表1）。并據(jù)預(yù)測，2020年前，新增風(fēng)電裝機(jī)能力將按25%的年增長率遞增；到2020年，%。為提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，增大單機(jī)容量和減輕單位千瓦質(zhì)量是關(guān)鍵。20世紀(jì)90年代初期，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量僅為500 kW，而如今，單機(jī)容量10 MW的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都已產(chǎn)品化。風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組中有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，葉片長度隨風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的提高而不斷增長。根據(jù)頂旋理論，為獲得更大的發(fā)電能力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)需安裝更大的葉片。1990年，葉輪直徑（Rotor Diameter）為25 m；2010年，葉輪直徑已達(dá)120 m。2011年，Kaj Lindvig預(yù)測海上風(fēng)機(jī)的葉輪直徑2015年將達(dá)135 m，2020年將達(dá)到160 m。但這一預(yù)測很快就被突破，美國超導(dǎo)公司（AmericanSuperconductor Corp.）2016年已投入市場銷售的10 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪直徑就已達(dá)190 m。但因葉片長度的問題，業(yè)界就是否需發(fā)展10 MW及以上能力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)存有爭議，但主流觀點(diǎn)是需要發(fā)展的。西門子風(fēng)電（Siemens Wind Power）公司首席技術(shù)官認(rèn)為：面積與體積的關(guān)系的科學(xué)定律將最終限制葉輪直徑的不斷增長，但目前還未達(dá)到極限，制造10 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)在技術(shù)上是可行的；且從運(yùn)營效益上看，降低每兆瓦時(shí)的運(yùn)營成本，必須提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量（圖17）。葉輪直徑的增加對葉片的質(zhì)量及抗拉強(qiáng)力提出了更輕、更高的要求。CFRP是制造大型葉片的關(guān)鍵材料，其可彌補(bǔ)玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）的性能不足。但長期以來，出于成本因素，CFRP在葉片制造中只被用于樑帽、葉根、葉尖和蒙皮等關(guān)鍵部位。近年，隨著碳纖維價(jià)格穩(wěn)中有降，加之葉片長度進(jìn)一步加長，CFRP的應(yīng)用部位增加，用量也有較大提升。2014年，中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司成功研制出國內(nèi)最長的6 MW風(fēng)機(jī)葉片， m、質(zhì)量28 t，其中主梁由5 t的國產(chǎn)CFRP制成。如采用GFRP設(shè)計(jì)，則該葉片質(zhì)量將約達(dá)36 t（圖18）。8碳纖維紙作為燃料電池的電極氣體擴(kuò)散材料燃料電池是指不經(jīng)過燃燒，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。燃料電池在等溫條件下工作，其利用電化學(xué)反應(yīng)，將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種備受矚目的清潔能源技術(shù)，轉(zhuǎn)化效率非常高（除10%的能量以廢熱形式浪費(fèi)外，其余的90%都轉(zhuǎn)化成了可利用的熱能和電能）且環(huán)境友好；而相較之下，使用煤、天然氣和石油等化石燃料發(fā)電時(shí)，60%的能量以廢熱的形式浪費(fèi)，還有7%的電能浪費(fèi)在傳輸和分配過程中，只有約33%的電能可以真正用到用電設(shè)備上（圖19）。各類燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的功率密度大、能量轉(zhuǎn)換率高、低溫啟動(dòng)性最好，且體積小、便攜性好，是理想的汽車用電源。質(zhì)子交換膜燃料電池由陰極、電解質(zhì)和陽極這3個(gè)主要部分組成，其工作原理：（1）陰極將液氫分子電離。液氫流入陰極時(shí)，陰極上的催化劑層將液氫分子電離成質(zhì)子（氫離子）和電子。（2）氫離子通過電解質(zhì)。位于中央?yún)^(qū)域的電解質(zhì)允許質(zhì)子通過到達(dá)陽極。（3）電子通過外部電路。由于電子不能通過電解質(zhì)，只能通過外部電路，故而形成了電流。（4）陽極將液氧電離。液氧通過陽極時(shí)，陽極上的催化劑層將液氧分子電離成氧離子和電子，并與氫離子結(jié)合生成純水和熱；陽極接受電離所產(chǎn)生的電子（圖20）?？蓪⒍鄠€(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池連接起來組成燃料電池組，可提高電能的輸出量。美國聯(lián)合技術(shù)（United Technologies）公司是全球軍民用燃料電池產(chǎn)品技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)。聯(lián)合技術(shù)動(dòng)力（UTC Power）公司原是United Technologies公司的一個(gè)業(yè)務(wù)部門，其產(chǎn)品廣泛用于航天器、潛艇、建筑、公交巴士和家用汽車等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代早期，UTC Power公司便已制造出大型固定式燃料電池電站，并投入商業(yè)化運(yùn)行。此后10多年，UT