复合材料在航天航空领域的成功应用4篇

复合材料在航天航空领域的成功应用4篇复合材料在航天航空领域的成功应用　Ｎ０４．２００８工程与试验Ｄｅｃｅｍｈｅｒ２００８复合材料在航空航天中的应用苏云洪，刘秀娟，杨永志（空军航空大学，吉林长春１３００２２下面是小编为大家整理的复合材料在航天航空领域的成功应用4篇,供大家参考。

篇一：复合材料在航天航空领域的成功应用

０ ４ ． ２ ０ ０ ８工程与试验Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｈ ｅ ｒ ２ ０ ０ ８复合材料在航空航天中的应用苏云洪， 刘秀娟， 杨永志（ 空军航空大学， 吉林长春１３０ ０ ２２）摘要：

　现代飞机和卫星的制造材料应具有质量轻、 强度高、 耐高温、 耐腐蚀等特性， 先进复合材料的独有性能使它成为制造飞机和卫星的理想材料。

　阐述了先进复合材料在飞机、 航空发动机、 卫星、 导弹等方面的应用情况及先进复合材料未来的发展趋势。关键词：

　复合材料； 航空航天； 应用发展中图分类号：

　Ｖ ２５８文献标识码：

　ＢＡ ｐ ｐ ｌｉｃ ａ ｔｉｏ ｎｏ ｆＣ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｅ ｓｉｎ Ａ ｖ ｉａ ｔｉｏ ｎ ａ ｎ ｄＡ ｅ ｒ ｏ ｓｐ ａ ｃ ｅ，Ｓ ｕＹ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｌ ｉｕ Ｘ ｉｕ ｊｕ ａ ｎ ， Ｙ ａ ｎ ｇＹ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ（ Ａ ｉｒＦ ｏ ｒ ｃ ｅＡ ｖ ｉａ ｔｉｏ ｎＵ ｎ ｉｖ ｅ ｒ ｓｉｔｙ ， ＪｉｌｉｎＣ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ１３０ ０ ２２）Ａ ｂ ｓｔｒ ａ ｃ ｔ：

　Ｎ ｏ ｗ ａ ｄ ａ ｙ ｓ， ｔｈ ｅ ｍ ａ ｔｅｒ ｉａ ｌ ｏ ｆｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉｎ ｇ ｐ ｌａ ｎ ｅｓａ ｎ ｄ ｓａ ｔｅｌｌｉｔｅｓ ｓｈ ｏ ｕ ｌｄ ｂ ｅｌｉｇ ｈ ｔ， ｓｔｒ ｏ ｎ ｇａ ｎ ｄｓｈ ｏ ｕ ｌｄ ｒ ｅｓｉｓｔ ｈ ｉｇ ｈ ｔｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔｕ ｒ ｅ ， ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓｉｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ｏ ｎ ． Ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓｅ ｏ ｆ ｔｈ ｅｕ ｎ ｉｑ ｕ ｅ ｐ ｅ ｃｕ ｌｉａ ｒ ｉｔｉｅ ｓ， ａ ｄ —ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｅ ｓｂ ｅ ｃ ｏ ｍ ｅ ｔｈ ｅ ｉｄ ｅａ ｌｍ ａ ｔｅ ｒ ｉａ ｌ ｏ ｆｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉｎ ｇ ｐ ｌａ ｎ ｅｓａ ｎ ｄｓａ ｔｅ ｌｌｉｔｅ ｓ． Ｉｎｔｈ ｉｓｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔｈ ｅａ ｐ ｐ ｌｉｃ ａ ｔｉｏ ｎ ｓｏ ｆ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｅ ｓ ｉｎ ｓｈ ｕ ｔｔｌｅ ｓ， ａ ｖ ｉａ ｔｉｏ ｎ ｅ ｎ ｇ ｉｎ ｅ ， ｓａ ｔｅ ｌｌｉｔｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍ ｉｓｓｉｌｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｉｓ—ｃ ｕ ｓｓｅ ｄ ， ｔｈ ｅｄ ｅ ｖ ｅ ｌｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｔｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｅ ｓａ ｒ ｅ ｉｎ ｔｒ ｏ ｄ ｕ ｃｅ ｄ ．Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ：

　ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｅ ｓ； ａ ｖ ｉａ ｔｉｏ ｎａ ｎ ｄａ ｅ ｒ ｏ ｓｐ ａ ｃ ｅ ； ａ ｐ ｐ ｌｉｃ ａ ｔｉｏ ｎａ ｎ ｄｄ ｅ ｖ ｅ ｌｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ１引言随着航空航天科学技术的不断进步， 促进了新材料的飞速发展， 其中尤以先进复合材料的发展最为突出。

　目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、 芳纶等增强的复合材料， 耐高温的纤维增强陶瓷基复合材料， 隐身复合材料， 梯度功能复合材料等。

　飞机和卫星制造材料要求质量轻、 强度高、 耐高温、 耐腐蚀， 这些苛刻的条件， 只有借助新材料技术才能解决。

　复合材料具有质量轻， 较高的比强度、 比模量， 较好的延展性， 抗腐蚀、 导热、 隔热、 隔音、 减振、 耐高（ 低）温， 独特的耐烧蚀性、 透电磁波， 吸波隐蔽性、 材料性能的可设计性、 制备的灵活性和易加工性等特点， 是制造飞机、 火箭、 航天飞行器等军事武器的理想材料。

　．２・飞机机身上的应用２． １飞机机身结构上的应用先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、 其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。

　目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体结构制造上。飞机用复合材料经过近４ ０ 年的发展， 已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件， 可获得减轻质量（ ２０ ～３０ ）％的显著效果。

　目前已进入成熟应用期， 对提高飞机战术技术水平的贡献、 可靠性、 耐久性和维护性已无可置疑， 其设计、制造和使用经验已日趋丰富。

　迄今为止， 战斗机使用的复合材料占所用材料总量的３０ ％左右， 新一代战斗机将达到４ ０ ％； 直升机和小型飞机复合材料用量将达到（ ７ ０ ～８ ０ ）％左右， 甚至出现全复合材［ 收稿日期］２０ ０ ８ 一０ ９ 一０ ５［ 作者简介］苏云洪（ １９ ５３一）， 男． 副教授， 毕业北京航空航天大学， 研究方向新材料与航空航天。

　刘秀娟（ １９ ７ ４ － － ）， 女。

　讲师， 毕业东北大学， 硕士， 研究方向新材料加工。・３ ６ ・　万方数据

　Ｎ ０ ４ ． ２ ０ ０ ８苏云洪， 等：

　复合材料在航空航天中的应用料飞机。

　“科曼奇” 直升机的机身有７ ０ ％是由复合材料制成的， 但仍计划通过减轻机身前下部质量， 以及将复合材料扩大到配件和轴承中， 以使飞机再减轻１５％的质量。

　“阿帕奇” 为了减轻质量， 将采用复合材料代替金属机身。

　使用复合材料， 未来的联合运输旋转翼（ ＪＴ Ｒ ）飞机的成本将减少６ ％， 航程增加５５％， 或者载荷增加３６ ％。

　以典型的第四代战斗机Ｆ ／Ａ ＇２２为例复合材料占２４ ． ２％， 其中热固性复合材料占２３． ８ ％， 热塑性复合材料占０ ． ４ ％左右。热固性复合材料的７ ０ ％左右为双马来酰亚胺树脂（ Ｂ Ｍ Ｉ， 简称双马）基复合材料［ １］， 生产２０ ０ 多种复杂零件， 其它主要为环氧树脂基复合材料， 此外还有氰酸酯和热塑性树脂基复合材料等。

　主要应用部位为机翼、 中机身蒙皮和隔框、 尾翼等。

　近１０ 年来， 国内飞机上也较多的使用了复合材料。

　例如由国内３家科研单位合作开发研制的某歼击机复合材料垂尾壁板， 比原铝合金结构轻２１ ｋ ｇ ， 减质量３０ ％。

　北京航空制造工程研究所研制并生产的Ｑ Ｙ ８ ９ １１／Ｈ Ｔ ３双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、 垂直尾翼安定面、 机翼外翼、 阻力板、 整流壁板等构件。

　由北京航空材料研究院研制的Ｐ Ｅ Ｅ Ｋ ／Ａ Ｓ ４ Ｃ 热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其复合材料， 具有优异的抗断裂韧性、 耐水性、 抗老化性、 阻燃性和抗疲劳性能， 适合制造飞机主承力构件， 可在１２０ ℃下长期工作， 已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。

　在３１６ ℃这一极限温度下的环境中， 复合材料不仅性能优于金属， 而且经济效益高。

　据波音公司估算， 喷气客机质量每减轻１ ｋ ｇ ， 飞机在整个使用期限内即可节省２２０ ０ 美元。２． ２飞机隐身上的应用近几十年来， 隐身复合材料的研究取得了长足进展， 正朝着“薄、 轻、 宽（ 频谱）、 强（ 耐冲击、 耐高温）” 方向发展。

　美国最先将隐身材料用在飞机上，用隐身材料最多的是Ｆ － １１７ 和Ｆ － ２２飞机。

　Ｆ － １１７ 的隐身涂层十分复杂， 有７ 种材料之多。

　例如， 它的机身、 机翼、 副翼及尾翼等采用了瓦片状吸波材料， 为了加固这种瓦片状材料在底层采用了Ｆ ｉｌｃｏ ａ ｔ材料，它是碳纤维增强的环氧预浸带， 用自动铺带法叠在． 吸波涂层下面。

　２０ ０ ０ 年， 美空军对Ｆ － １１７ 的隐身材料进行更新， 将原来的７ 种隐身材料涂层更换为１种， 全部Ｆ ． １１７ 将具有通用的维修程序和雷达波吸收材料， 技术规程的数量减少大约５０ ％。

　改进后Ｆ ．１１７ 的每飞行小时维修时间缩短一半以上， 全部５２架Ｆ － １１７ 的年维护费用从１４ ５０ 万美元降至６ ９ ０ 万美元。

　ｐ ２２不采用全机涂覆吸波涂层的方法， 但在机身内外的金属件上全部采用了铁氧体吸波涂层，它是一种有韧性的耐磨涂料， 较之Ｆ － １１７ 的涂料易于喷涂且耐磨。

　专家预测到本世纪３０ 代， 导电高分子电致变色材料、 掺杂氧化物半导体材料、 纳米复合材料和智能隐身等复合材料将实际用于飞机， 它将使飞机的航电系统及控制方式发生根本性的变化。航空发动机上的应用３． １涡轮发动机上的应用由于具有密度小、 比强度高和耐高温等固有特性， 复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大， 使航空涡轮发动机向“非金属发动机” 或“全复合材料发动机” 方向发展。（ １）树脂基复合材料凭借比强度高， 比模量高， 耐疲劳与耐腐蚀性好， 阻噪能力强的优点， 树脂基复合材料在航空发动机冷端部件（ 风扇机匣、 压气机叶片、 进气机匣等）和发动机短舱、 反推力装置等部件上得到广泛应用。如ＪＴ Ａ Ｇ Ｇ 验证机的进气机匣采用碳纤维增强的Ｐ Ｍ Ｒ ｌ５树脂基复合材料， 比采用铝合金质量减轻２６ ％； Ｆ １３６ 发动机采用与Ｆ １１０ － １３２发动机相似的复合材料风扇机匣， 使质量减轻９ ｋ ｇ 。（ ２）碳化硅纤维增强的钛基复合材料［ ２］凭借密度小（ 有的仅为镍基合金的１／２）， 比刚度和比强度高， 耐温性好等优点， 碳化硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、 整体叶环、 盘、 轴、 机匣、 传动杆等部件上已经得到了广泛应用。．（ ３）陶瓷基复合材料［ ３］目前主要的陶瓷基复合材料产品是以Ｓ ｉＣ 或Ｃ纤维增强的Ｓ ｉＣ 和Ｓ ｉＮ 基复合材料。

　凭借密度较小（ 仅为高温合金的１／３～１／４ ）， 力学性能较高， 耐磨性及耐腐蚀性好等优点， 陶瓷基复合材料， 尤其是纤维增强陶瓷基复合材料， 已经开始应用于发动机高温静止部件（ 如喷嘴、 火焰稳定器）， 并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、 涡轮转子叶片、 涡轮导流叶片等部件上。３． ２火箭发动机上的应用由于火箭发动机喷管壁受到高速气流的冲刷，工作条件十分恶劣， 因此Ｃ ／Ｃ 最早用作其喷管喉衬， 并由二维、 三向发展到四向及更多向编织。

　同时火箭发动机设计者多年来一直企图将具有高抗热震的Ｃ ｔ／Ｓ ｉＣ 用于发动机喷管的扩散段， 但Ｃ ｔ的体积分数高， 易氧化而限制了其广泛应用， 随着Ｃ Ｖ Ｄ 、 Ｃ Ｖ Ｉ技术的发展， 新的抗氧化Ｃ ｔ／ｓｉｃ 及Ｃ’． ３ ７ ．　万方数据

　工程与试验Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ２ ０ ０ ８（ 上接第２６ 页）的单轴压缩试验。

　低温恒温试验箱控温精度能达到Ｌ ２Ｊ张世银， 汪仁和． 多功能冻土三轴试验机的研制与应０ ． Ｉ。

　Ｃ ， 温度显示０ ． ０ １。

　Ｃ ， 并且在试验中保持温度稳Ｊ苇Ｊ［ － Ｊ］・试验技术与试验机， ２００７ ， ４ ７ （ １）：

　６７ —７ ０定。

　试验试样在低温恒温箱中放置１２ｈ 以上， 以确［ ３］高向群， Ｔ ． Ｈ ・Ｊａ ｃｋ ａ ． 。

　人造冰和冰芯冰蠕变和方位组保试样内． 黧里要兰黧与苎旦验翼度二竺：

　， 。

　嘲鼍竺紫‘裂兰１Ｒ ９９。

　５２：

　箍３４ｖ３－ － 川３４９ａＬ（ ２）利用该试验设备进行了一ｌＯ 。

　Ｃ 下的人工淡水冰单轴压缩强度试验， 试验试样的晶体分析表明。

　。

　ｓｔａｎｄａｒｄｉ：

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　ｏ ｆ Ｉｃｅ［ Ｊ］． Ｃ ｏ ｌｄ Ｒ ｅ ｇ ｉｏ ｎ ｓ Ｓ ｃｉｅ ｎ 。

　ｅ ａ ｎ ｄ实验室人工冻结的淡水冰与天然冰有类似的晶体结低ｈｎｏｌｏｇ ｙ． １９８１， ４（ ３）：

　２４５－ － ２５３Ｅ ５］岳前进， 毕祥军， 黄茂桓， 彭万巍， 高向群． 人造柱状Ｉ构， 而试验得到的应力一应变曲线也与已经报道的天然冰一致， 证实了本套试验设备的工作可靠。冰韧脆转变区裂纹的初步研究［ Ｊ］． 冰川冻土， １９ ９ ５，．’１７ （ 增刊）：

　１０ ６—１１１・参考文献［ ６ ］岳前进， 任晓辉， 陈巨斌・海冰韧脆转变实验与机理［ １］邓云， 王欣， 李建国， 等． 新型海冰调查设备一冰样压－ － ４ ２缩机Ｅ Ｊ］． 海洋技术， ２０ ０ ６， ２５（ １）：

　５０ 一５３・３ ８ ・　万方数据

　复合材料在航空航天中的应用作者：苏云洪，

　刘秀娟，

　杨永志，

　Su Yunhong，

　Liu Xiujuan，

　Yang Yongzhi作者单位：空军航空大学, 吉林, 长春, 130022刊名：工程与试验英文刊名：ENGINEERING & TEST年， 卷(期) ：2008, 48(4)被引用次数：5次

　参考文献(3条)1. 高永忠 纤维增强树脂复合材料在武器装备上的应用 20062. 李爱兰; 曾燮榕; 曹腊梅 航空发动机高温材料的研究现状[期刊论文]-材料导报 2003(02)3. 胡彦 陶瓷在航空领域中的应用[期刊论文]-江苏陶瓷 2006(3) 本文读者也读过(5条)1.

　沈军. 谢怀勤. SHEN Jun. XIE Huai-qin 先进复合材料在航空航天领域的研发与应用[期刊论文]-材料科学与工艺2008, 16(5)2.

　何东晓. HE Dong-xiao 先进复合材料在航空航天的应用综述[期刊论文]-高科技纤维与应用2006, 31(2)3.

　杜善义 先进复合材料与航空航天[会议论文]-20064.

　唐见茂. 李建龙. Tang Jianmao. Stephen K L Lee 航空航天复合材料应用的最新进展[期刊论文]-航天器环境工程2010, 27(5)5.

　樊建中. 肖伯律. 徐骏. 石力开. FAN Jianzhong. XIAO Bolv. XU Jun. SHI Likai SiCp/Al复合材料在航空航天领域的应用与发展[期刊论文]-材料导报2007, 21(10) 引证文献(5条)1. 欧秋仁. 嵇培军. 赵亮. 武玲. 曹辉 复合材料表面密封剂与抗静电涂料在燃油中稳定性研究[期刊论文]-合成材料老化与应用 2010(2)2. 高波. 叶文华 基于约束理论的航空复合材料车间动态调度研究[期刊论文]-中国制造业信息化 2011(5)3. 李力. 曹昌林 碳纤维含量对碳纤维增强PE复合材料力学性能的影响[期刊论文]-铸造技术 2012(1)4. 纪朝辉. 李娜. 胡晓莉. 贾鹏 表面预处理对复合材料铝导电涂层性能的影响[期刊论文]-焊接技术 2009(10)5. 贾娜. 李嘉禄 不同温度下复合材料弯曲性能的研究进展[期刊论文]-天津工业大学学报 2011(4)

　本文链接：

　http: //d. g. wanfangdata. com. cn/Periodical_syjsysyj200804012. aspx

篇二：复合材料在航天航空领域的成功应用

16树脂基复合材料在航空航天中的应用树脂基复合材料在航空航天中的应用田露2016.03.09

　主要内容1、引言2、树脂基复合材料的应用3、结语

　7.82.84.521.45 1.6 1.42.12.65246810密度复合材复合材料1、引言02钢铝合金钛合金玻璃纤维复合材料高模碳纤维/环氧复合材料高模石墨纤维/环氧复合材料有机纤维/环氧复合材料硼纤维/环氧复合材料硼纤维/铝复合材料料的性能比较的性能比较3

　0.811.21.41.6钢铝合金钛合金玻璃纤维复合材料高模碳纤维/环氧复合材料00.20.40.61氧复合材料高模石墨纤维/环氧复合材料有机纤维/环氧复合材料硼纤维/环氧复合材料硼纤维/铝复合材料拉伸强度4

　01231钢铝合金钛合金玻璃纤维复合材料高模碳纤维/环氧复合材料高模石墨纤维/环氧复合材料有机纤维/环氧复合材料硼纤维/环氧复合材料硼纤维/铝复合材料弹性模量5

　00.511.52比强度 比模量01 2钢铝合金钛合金玻璃纤维复合材料高模碳纤维/环氧复合材料高模石墨纤维/环氧复合材料有机纤维/环氧复合材料硼纤维/环氧复合材料硼纤维/铝复合材料6

　高性能树脂基复合材料以其典型的 轻量特性，卓越的特性，卓越的 比强度 、 比模量 ，独特的 耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的、材料性能的 可设计性 、制备的 灵活性和易加工性等受到世界各国的青睐。采用复合材料可实现武器系统的轻量化，从而提等受到世界各国的青睐。采用复合材料可实现武器系统的轻量化，从而提高快速反应能力 ， 并在高威力 、 大射程 、 精确打击等方面起到巨大作用，尤其在以航空为主的国防工业已得到普遍应用。目前采用复合材料制造的零、部件现已成为航空、航天、兵器、船舶等国防产品结构的主要组成部分。等方面起到巨大作用，尤其在以航空为主的国防工业已得到普遍应用。目前采用复合材料制造的零、部件现已成为航空、航天、兵器、船舶等国防产品结构的主要组成部分。

　2、树脂基复合材料的应用在军事领域的应用上 在民机 的应用在航空发动机上的应用在卫星结构中的应用

　EF2000 40%军机应用2.1在军事领域的应用飞机结构复合材料用量是飞机先进性的重要标志飞机结构复合材料用量是飞机先进性的重要标志F22

　25%F35

　35%F16

　2%

　 直升机应用V-22 50%Tiger 80%

　 无人机应用• 全球鹰（Global Hawk）• 捕食者(Predator）• 暗星（Dark Star）• 先锋 （P P ioneer ）X-45C 90%先锋 （P P ioneer ）• 搜索者（Searcher）Predator

　为满足新一代战斗机高机动性、超音速巡航及隐身的要求，进入20世纪90年代以后，美国战机无一例外的大量采用了复合材料结构，用量一般都在20%以上，有的甚至达到35%，结构减重效率达30%。复合材料应用部件几乎遍布飞机的基体，包括垂直尾翼、水平尾翼、机身蒙皮以及机翼的壁板和蒙皮等。图1给出了战斗机典型的复合材料部件。

　图1 战斗机上典型的复合材料部件

　F-18 战斗机15F-18是一种舰载战斗机，绰号 “大黄蜂”．

　16

　2.2 在民机上的应用因为材料的选择将直接影响到飞机的购买费用（原材料费用和加工成本）、燃油费用（飞机重量）和维护费用（检查和维修），所以在民用飞机的设，。图2 计当中 对材料的选择非常关键 图 给出了典型的民用飞机直接运营成本的分解情况，从图中可以看出，民机的选材将直接影响民机的运营费用。师姐表明，用树脂基复合材料制造飞机部件比传统航空材料通常减重20%-30%,使用和维护成本比金属材料低15%-25%。

　图2

　飞机运营成本分解图

　除了费用以外，安全因素也是民用飞机设计选材时必须考虑的重要因素，任何一种新材料在民用飞机上的应用都是漫长的（常为5-10年）和昂贵的（为常用材料的1-5倍）。但是，航空安全对材料性能的苛刻要求又促使先进材料的发展，迫使工业界采取最先进的制造技术来提高材料的性能和降低成本。民用飞机中复合材料部件的使用率一直在不断增加。

　民机应用 —— A380• 复合材料22%• Glare 3%• 铝61%• 钛和钢 10%• 其他5%

　波音 767 客机21

　22

　机身结构机身结构 民机应用 —— B787Carbon laminateCarbon sandwichFiberglassAluminumAluminum/steel/titanium pylonsComposites50%Titanium15%Other5%Steel10%Aluminum20%Primary Structure Weight by Material机翼结构机翼结构

　 民机应用 —— B787Boeing787 第一个全尺寸复合材料机身段，长7m 宽6m，减重20%

　机翼结构中央翼盒

　65%15%Titanium

　5% 应用趋势—— 复合材料成为飞机结构最为重要的基本材料

　5%Titanium

　 15%Aluminium 15%Steel

　65%Composites 15%Steel

　65%Aluminium

　15%Composites2000 年 2020 年（预测）飞机机体结构材料飞机机体结构材料

　2.3 在航空发动机上的应用随着航空发动机性能不断提高，特别是质量不断减轻，在依靠整体叶盘、整体叶环、空心叶片和对转涡轮等新颖结构的同时，还将越来越多的依赖于高比强度、低密度、高刚度和耐高温能力强的先进复合材料，见图3。经过多年的实验和经验积累，航空发动机上越来越多的部件采用复合材料部件，而且各国纷纷都向这个方向努力。

　图3 发动机主体材料用量的变化趋势

　2.4 在卫星结构中的应用树脂基复合材料在卫星结构中应用的部位一般归纳为4类：1）卫星本体结构，包括卫星外壳、中心承力筒、各种仪器安装结构板；2）太阳电池阵结构，包括太阳电池基板和连接架；3）天线结构，包括反射器、支撑结构和馈源结构；4）桁架结构，包括接头和杆件等。上述4类卫星结构部件广泛应用树脂基复合材料，主要有碳/环氧复合材料、凯芙拉/环氧复合材料和蜂窝夹层结构件等，在卫星结构中基本应用情况见图4。

　图4 卫星结构示意图

　卫星和空间站

　3、结语先进树脂基复合材料在航空工业中的应用是技术推动和需求牵引双重作用下的结果。一方面随着材料性能提高、工艺改进、成本降低等方面取得重大进展，先进树脂基复合材料在航空工业中的应用更加广泛，从而提高了军民用飞机及发动机的技术性能和经济性能；另一方面新一代军民用飞机及发动机的发展又对材料性能提出了更高要求，迫使工业界采取最先进的设计和制造技术来提高材料的性能和降低成本，从而又促使先进树脂基复合材料的发展。所以，随着材料技术的发展和新型飞行器的研制，先进树脂基复合材料将在航空工业中得到越来越广泛的应用。

篇三：复合材料在航天航空领域的成功应用

TELLIGENTCITY智能城市试述金属基复合材料在航空航天领域的应用和发展张元龙中航通飞研究院有限公司，广东珠海 519090摘要：金属基复合材料分微观和宏观尺寸上金属基复合材料两种。微观尺寸的复合材料指增强材料包含在基体内部，尺寸很小，通常不能用肉眼观察出来，例如金属氧化物增强的金属材料。宏观尺寸的复合材料通过层层叠合而来，每层都具有特定功能，叠合之后的组件比单相材料性能更好，能够满足航空器特定功能的要求。蜂窝芯增强的金属夹层板是典型的金属复合材料，蜂窝芯可以是非金属蜂窝芯，也可能是金属蜂窝芯，通过胶接技术黏接到一起。蜂窝芯夹层板满足了减轻重量、提高刚度，并且增大了z方向压缩强度的要求。纤维合金层板也是一种宏观尺寸金属基复合材料，它用胶接的方法将金属基体与连续纤维复合到一起，起到增强力学性能的作用，同时满足导电性能、抗腐蚀、自修复等功能性要求。航空领域中的金属基复合材料多数采用轻金属，如铝、钛、镁、锂等作为基体，非金属材料（包括金属氧化物）作为增强材料。关键词：金属基复合材料；结构功能一体化；成型工艺1微观尺寸上的金属基复合材料在复合材料中，为了达到良好的应用效果，通常需要将增强相均匀分散在基体中，金属基复合材料也是这样。初期多采用熔融铸造的方法制备金属基复合材料，只能采用金属间化合物作为增强相（陶瓷相）。为了能够降低温度对增强材料的影响，减少增强材料的性能损失，逐渐开始研究一些低温成型方法，或者缩短高温处理的时间，例如气相沉积、粉末冶金等制造工艺。这样的制造方法也有助于降低材料内部的应力水平。早期多数使用颗粒增强的金属基复合材料，达到均匀增强材料的目的，但增强效果有限。与树脂基复合材料一样，金属基复合材料的塑性降低，强度增加。这时因为增强材料改变了金属内部的晶界间结构，位错滑移的能力减弱，界面间效应趋向于复合材料的界面效应。同时，成型过程中的残余应力也会改变金属基复合材料的性能。金属基复合材料塑性变形的特点是：内部存在较高的残余应力，该应力超过基体的屈服强度时，产生局部的塑性变形，使得弹塑性变形模糊化，变形曲线平缓；拉伸与压缩应力应变曲线呈现非对称的特点；拉伸应力应变曲线上，没有明显的屈服点、屈服平台和颈缩现象；宏观屈服强度随增强体含量及其长径比的增加而升高，该效果随基体强度的升高受到限制；初始加工硬化率较高。正是因为这些特点，导致金属基复合材料的二次加工成为难点，影响了它的应用范围。超塑性的研究对它的应用起到了一些帮助。2宏观尺寸上的金属基复合材料由于宏观尺寸金属基复合材料是层层叠合而来，它具有生产成本较低的特点，适合大规模生产，在飞机、火箭、导弹等产品上得到了大量应用。从20世纪80年代开始，金属胶接结构得到了长足的发展，现在已经是成熟的应用。经过近四十年的发展，金属胶接结果在下述方面取得显著进展：①材料、零件制造方法简单，适用于大规模生产，如热压罐成型法、压制成型法等；②二次加工工艺成熟，满足装配的需要；③无损检测的方法能够与制造匹配，利于检查制造过程中的缺陷；④疲劳、老化等数据研究完全，满足航空产品的使用与维修要求。目前，金属胶接结构大量应用在飞机前缘、扰流板、机身蒙皮、襟副翼、维修口盖、导弹壳体、地板等结构中。在这些结构中，金属胶接件满足了增加零件刚度、增大压缩强度、绝缘、抗振等功能要求。3金属基复合材料在航空航天上的发展方向大尺寸的金属基复合材料已经在航空领域取得了很多的应用，但是仍然存在许多问题。表现在下述几个方面：（1）很多金属基复合材料的研究保留在实验室研究阶段，成型工艺方法不适应具备大规模生产的条件，需要进一步的研究才能转化为生产力；（2）大多数金属基复合材料的制造成型温度很高，与非金属长纤维（陶瓷纤维除外）不匹配，成型过程对长纤维的损伤机理研究很少，界面研究的成果也很少，尤其材料应用（如疲劳老化、耐温、烟释放等）数据不全，没有给航空器设计员提供零件设计的基础，需要工程应用工程师的参与；（3）宏观尺寸金属基复合材料的基体和增强材料结合力、耐温性能有待于提高。针对金属基复合材料应用存在的问题，还需要进一步研究推广，才能获得航空航天领域更为广阔的应用。围绕航空器轻量化、高强度、耐疲劳、耐腐蚀的要求，结合适航条例的需求，重点解决金属基复合材料成型成本高、成型工艺不适用于大批量生产、材料基础数据不全等问题，需要继续进行研究、发展，方向是：（1）基体的轻量化应用。航空航天产品对材料的要求很高，轻量化是永远的主题。基体的重量在金属基复合材料中占据大部分比例，因此减轻基体的重量是未来金属基复合材料的研究方向。当前金属材料中，镁锂合金是最新式的轻量化材料。基体材料采用镁锂合金的研究亟待开展耐腐蚀、耐高温研究；（2）金属基复合材料中间层及其界面研究，提高耐温性能和机械性能。不同的成型加工方法可以得到不同的基体和增强材料界面和中间层。这些界面和中间层直接影响材料的机械力学性能和使用性能。可以开发多种成型加工方法，比较各种成型加工方法的界面和中间层，得到符合使用要求的航空器零件。（3）新的组合形式形成新的金属基复合材料。航空器零件的要求多样，可以针对不同的要求开发不同的金属基复合材料组合形式。例如，在飞机进气道中，可以使用两层金属板，中间填充泡沫胶，形成新的金属基复合材料结构，可以大大提高进气口零件的刚度，满足零件复杂外形的要求。简单即是最好的，金属胶接的蜂窝芯夹层结构也朝着开敞芯子、简单密封的方向发展。4结语金属基复合材料可根据需要设计产品的性能进行设计，实现结构功能一体化，在轻量化要求很高的航空航天领域尤其具有优势。与树脂基复合材料一样，金属基复合材料研究深入之后，随着制造成本的降低，会获得越来越多的应用，这样从整体上提升了航空航天产品的制造水平。参考文献：[1]涂冰怡，赵明，商体松，陈养惠.航空发动机先进结构与关键制造技术[J].航空制造技术，2014年第7期:53~56.[2]贺辛亥，王俊勃，申明乾，等. 陶瓷/金属复合材料制备工艺及试验装置设计[J]. 制造技术与机床，2010年第12期：118~121.65

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