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(jī)和衛(wèi)星的制造材料應(yīng)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，先進(jìn)復(fù)合材料的獨(dú)有性能使它成為制造衛(wèi)星和飛機(jī)的理想材料。本文重點(diǎn)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(shì)。關(guān)鍵詞復(fù)合材料；航空航天；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)ProspectandApplicationofCompositesinAviationandAerospaceAbstractNowadays,thematerialofproducingplanesandsatellitesshouldbelight,strongandshouldresisthightemperat

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

3、pment;developmenttrends50前言材料是社會(huì)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(huì)進(jìn)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(gè)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(huì)及今后相當(dāng)長時(shí)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(jī)非金屬材料并列的四大材料體系之一。今天，一個(gè)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(jì)實(shí)力的主要標(biāo)志之一。先進(jìn)復(fù)合材料是國家安全和國民經(jīng)濟(jì)具有競(jìng)

4、爭優(yōu)勢(shì)的源泉。預(yù)測(cè)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(jī)高分子、無機(jī)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(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)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(jìn)復(fù)合材料是指用碳纖維等高性能增強(qiáng)相增強(qiáng)的復(fù)合材料，對(duì)于先進(jìn)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(qiáng)度高于鋁合金。1應(yīng)用現(xiàn)狀1.1飛機(jī)機(jī)身上的應(yīng)用1.1.1飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用先進(jìn)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(qiáng)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(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)制造上和小型無人機(jī)整體結(jié)構(gòu)制造上。以典型的第四代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)翼、中機(jī)身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年來，國內(nèi)飛機(jī)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(jī)前機(jī)身段、垂直尾翼安定面、機(jī)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(jī)主承力構(gòu)件，可在120℃下長期工作，已用于飛機(jī)起落架艙護(hù)板前蒙皮。1.1.2飛機(jī)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(jìn)展，正朝著“薄、輕、寬(頻譜)、強(qiáng)(耐沖擊、耐高溫)”方向發(fā)展。美國最先將隱身材料用在飛機(jī)上，用隱身材料最多的是F-117和F-22飛機(jī)。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(duì)F-117的隱身材料進(jìn)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(dá)波吸收材料，技術(shù)規(guī)程的數(shù)量減少大約50%。改進(jìn)后F-117的每飛行小時(shí)維修時(shí)間縮短一半以上，全部52架F-117的年維護(hù)費(fèi)用從1450萬美元降至690萬美元。F-22不采用全機(jī)涂覆吸波涂層的方法，但在機(jī)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(cè)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