復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

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1、復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望摘要現(xiàn)代飛機和衛(wèi)星的制造材料應(yīng)具有質(zhì)量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕等特性,先進復(fù)合材料的獨有性能使它成為制造衛(wèi)星和飛機的理想材料。本文重點介紹了我國航天用符合材料的研究情況,并展望了今后的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞復(fù)合材料;航空航天;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢ProspectandApplicationofCompositesinAviationandAerospaceAbstractNowadays,thematerialofproducingplanesandsatellitesshouldbelight,strongandshouldresisthightemperat

2、ure,corrosionandsoon.Becauseoftheuniquepeculiarities,advancedcompositesbecometheidealmaterialofproducingplanesandsatellites.Inthispaper,thepresentstatusandprospectofappliedresearchoncompositematerialsforaero-spaceapplicationinChinaaregiven.Keywordscomposites;aviationandaerospace;applicationanddevelo

3、pment;developmenttrends50前言材料是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),而新型材料則是體現(xiàn)社會進步的重要里程碑。新材料技術(shù)是支撐當(dāng)今人類文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù),新材料技術(shù)一直是各國科技發(fā)展規(guī)劃中一個十分重要的領(lǐng)域,它與能源技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)一起被公認(rèn)為當(dāng)今社會及今后相當(dāng)長時間內(nèi)總攬人類全局的高科技技術(shù)。復(fù)合化是新型材料的重要發(fā)展方向,也是新型材料的重要組成部分和最具生命力的分支之一。復(fù)合材料已發(fā)展成為與金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料并列的四大材料體系之一。今天,一個國家的復(fù)合材料工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量其科技與經(jīng)濟實力的主要標(biāo)志之一。先進復(fù)合材料是國家安全和國民經(jīng)濟具有競

4、爭優(yōu)勢的源泉。預(yù)測到2020年,只有復(fù)合材料才具有潛力獲得20-25%的性能提升。復(fù)合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料,它既能保留原有組分材料的主要特色,又通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)與協(xié)同,從而獲得原組分材料無法比擬的優(yōu)越性能,與一般材料的簡單混合體有本質(zhì)的區(qū)別。所謂先進復(fù)合材料是指用碳纖維等高性能增強相增強的復(fù)合材料,對于先進樹脂基復(fù)合材料,在綜合性能上與鋁合金相當(dāng),但比剛度比強度高于鋁合金。1應(yīng)用現(xiàn)狀1.1飛機機身上的應(yīng)用1.1.1飛機機身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用先進復(fù)合材料用于加工主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu),其剛度和強度性能相當(dāng)于或超過鋁

5、合金的復(fù)合材料。目前被大量地應(yīng)用在飛機機身結(jié)構(gòu)制造上和小型無人機整體結(jié)構(gòu)制造上。以典型的第四代戰(zhàn)斗機F/A-22為例復(fù)合材料占24.2%,其中熱固性復(fù)合材料占23.8%,熱塑性復(fù)合材料占0.4%左右。熱固性復(fù)合材料的70%左右為雙馬來酰亞胺樹脂(BMI,簡稱雙馬)基復(fù)合材料,生產(chǎn)200多種復(fù)雜零件,其它主要為環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料,此外還有氰酸酯和熱塑性樹脂基復(fù)合材料等。主要應(yīng)用部位為機翼、中機身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年來,國內(nèi)飛機上也較多的使用了復(fù)合材料。例如北京航空制造工程研究所研制并生產(chǎn)的QY8911/HT3雙馬來酰亞胺單向碳纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料已用于飛機前機身段、垂直尾翼安定面、機翼

6、外翼、阻力板、整流壁板等構(gòu)件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C熱塑性樹脂單向碳纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料,具有優(yōu)異的抗斷裂韌性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲勞性能,適合制造飛機主承力構(gòu)件,可在120℃下長期工作,已用于飛機起落架艙護板前蒙皮。1.1.2飛機隱身上的應(yīng)用近幾十年來,隱身復(fù)合材料的研究取得了長足進展,正朝著“薄、輕、寬(頻譜)、強(耐沖擊、耐高溫)”方向發(fā)展。美國最先將隱身材料用在飛機上,用隱身材料最多的是F-117和F-22飛機。F-117的隱身涂層十分復(fù)雜,有7種材料之多。2000年,美空軍對F-117的隱身材料進行更新,將原來的7種隱身材料涂層更換為1種,全部F-1

7、17將具有通用的維修程序和雷達波吸收材料,技術(shù)規(guī)程的數(shù)量減少大約50%。改進后F-117的每飛行小時維修時間縮短一半以上,全部52架F-117的年維護費用從1450萬美元降至690萬美元。F-22不采用全機涂覆吸波涂層的方法,但在機身內(nèi)外的金屬件上全部采用了鐵氧體吸波涂層,它是一種有韌性的耐磨涂料,較之F-117的涂料易于噴涂且耐磨。專家預(yù)測到本世紀(jì)30代,導(dǎo)電高分子電致變色材料、摻雜氧化物半導(dǎo)體

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