复合材料应用于航空航天

No4.2008工程与试验December2008

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)

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:V258

文献标识码:B

ApplicationofCompositesinAviationandAerospace

SuYunhong,LiuXiujuan,YangYongzhi

(AirForceAviationUniversity,JilinChangchun130022)

Abstract:Nowadays,thematerialofproducingplanesandsatellitesshouldbelight,strongandshouldresisthightemperature,corrosionandsoon.Becauseoftheuniquepeculiarities,ad vancedcompositesbecometheidealmaterialofproducingplanesandsatellites.Inthispaper,theapplicationsofadvancedcompositesinshuttles,aviationengine,satellitesandmissilearedis cussed,thedevelopmenttrendsofadvancedcompositesareintroduced.Keywords:composites;aviationandaerospace;applicationanddevelopment

1 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40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40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70~80)%左右,甚至出现全复合材

[收稿日期] 2008-09-05

[作者简介] 苏云洪(1953-),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(1974-),女,讲师,毕业东北

大学,硕士,研究方向新材料加工。

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No4.2008 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70%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(JTR)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70%左右为双马来酰亚胺树脂(BMI,简称双马)基复合材料,生产200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21kg,减质量30%。北京航空制造工程研究所研制并生产的QY8911/HT3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PEEK/AS4C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1kg,飞机在整个使用期限内即可节省2200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Filcoat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。2000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1450万美元降至690万美元。F 22不采用全机涂覆吸波涂 …… 此处隐藏：3140字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……