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先進復合材料在航天領域中的應用

發布時間: 2021-03-06 22:29:21

㈠ 先進復合材料在軍用飛機上,民用飛機上有什麼應用

為了提高軍用飛機性能,美國空軍材料研究所早在20世紀50年代中期就開始尋求比已經採用的鋁合金、鈦合金等金屬材料的比強度、比剛度更大的材料。為此,研究開發了先進樹脂基復合材料、鋁鋰合金等輕質高性能材料。先進樹脂基復合材料在航空、航天飛行器結構上的應用獲得了成功,現已成為與鋁合金、鈦合金、鋼並駕齊驅的四大結構材料之一。先進樹脂基復合材料的用量已經成為飛機先進性的一個重要標志。
復合材料飛機結構技術是以實現高結構效率和改善飛機氣動彈性與隱身等綜合性能為目的的高新技術。先進樹脂基復合材料的應用,對飛機結構輕質化、小型化和高性能化起著至關重要的作用。復合材料結構特點和應用效果,在高性能戰斗機實現隱身、超聲速巡航、過失速飛行控制,前掠翼飛機先進氣動布局的實際應用,艦載攻擊/戰斗機耐腐蝕性改善和輕質化,直升機長壽命和輕質與隱身化等諸多方面得到了展現。復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一。
美國空軍F-117隱身戰斗機採用碳纖維增強環氧復合材料做成骨架和外面的蒙皮,沒有金屬表面,也沒有金屬鉚釘反射雷達波;美國1989年首飛的隱身轟炸機B-2,復合材料占結構用量的50%;F-22基本構型沒有採用特殊的外形隱身措施,沒有過多犧牲機動性,而它傳奇般的隱身性能主要是通過復合材料和隱身塗料完成的。而F-35中應用復合材料已佔到結構質量的30%~35%;「旅遊者號」(Voyager)全復合材料飛機於1986年創下了不加油、不著陸連續環球飛行9天,航程40 252千米的世界紀錄,其碳纖維結構用量大於90%,飛機的結構重量只有453 千克,載油量3噸。
軍用飛機中復合材料結構件的成功應用,給民用飛機的材料選擇帶來了巨大的影響,波音、空客等干線客機中復合材料在結構材料中的應用比例也越來越高。空客A380是550座級超大型寬體客機,整機採用了較多的復合材料(23%),大大減輕了飛機重量,減少了油耗和排放,降低了營運成本。波音787「夢想」飛機則是200座~300座級飛機,航程隨具體型號不同可覆蓋6 500~16 000千米。它使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行性能。波音787中復合材料的用量達50%,這可使其比目前同類飛機節省20%的燃油消耗。空客公司由於受到波音公司復合材料高用量的威脅,計劃在A350飛機上將復合材料的用量再次提高到53%,以形成與波音787飛機的競爭。而倍受國人關注的國產大飛機C919復合材料的用量也將達到 20%以上。復合材料在飛機上的應用經歷了從次承力構件—尾翼主承力構件—機翼—機身主承力構件的發展,已成為飛機結構的主要材料。

㈡ 復合材料在航空、航天領域中有重要的應用,請舉例說明。

自從先進復合材料投入應用以來,有三件值得一提的成果。第一件是美國全部用碳纖維復內合材料製成一架八容座商用飛機——里爾芳2100號,並試飛成功,這架飛機僅重567kg,它以結構小巧重量輕而稱奇於世。第二件是採用大量先進復合材料製成的哥倫比亞號太空梭,這架太空梭用碳纖維/環氧樹脂製作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門,用凱芙拉纖維/環氧樹脂製造各種壓力容器,用硼/鋁復合材料製造主機身隔框和翼梁,用碳/碳復合材料製造發動機的噴管和喉襯,發動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金復合材料製成,被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復合材料。第三件是在波音-767大型客機上使用了先進復合材料作為主承力結構,這架可載80人的客運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使飛機結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行性能。

㈢ 納米材料在航空航天領域的應用有哪些

自從先進復合材料投入應用以來,有三件值得一提的成果。第一件是美國全部用碳纖維復合材內料製成容一架八座商用飛機——里爾芳2100號,並試飛成功,這架飛機僅重567kg,它以結構小巧重量輕而稱奇於世。第二件是採用大量先進復合材料製成的哥倫比亞號太空梭,這架太空梭用碳纖維/環氧樹脂製作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門,用凱芙拉纖維/環氧樹脂製造各種壓力容器,用硼/鋁復合材料製造主機身隔框和翼梁,用碳/碳復合材料製造發動機的噴管和喉襯,發動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金復合材料製成,被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復合材料。第三件是在波音-767大型客機上使用了先進復合材料作為主承力結構,這架可載80人的客運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使飛機結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行性能。 復合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強度等許多優點在日常生活和航空、航天等諸多領域中得到了廣泛的應用,這樣的事實非常多,以下答案僅供參考。

㈣ 先進復合材料在航天航空工業中的主要應用

T300 碳纖維/樹脂基復合材料已經在飛行器上廣泛作為結構材料使用,目前應用較多的為拉伸強度達內到容5.5GPa,斷裂應變高出T300 碳纖維的30%的高強度中模量碳纖維T800H纖維。軍品碳纖維增強樹脂基復合材料是生產武器裝備的重要材料。在戰斗機和直升機上,碳纖維復合材料應用於戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件。國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬復合材料應用在戰機機身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明顯的減重作用,大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能,數據顯示採用復合材料結構的前機身段,可比金屬結構減輕質量31.5%,減少零件61.5%,減少緊固件61.3%;復合材料垂直安定面可減輕質量32.24%。用軍機戰術技術性能的重要指標,結構重量系數來衡量,國外第四代軍機的結構重量系數已達到27~28%。未來以F-22為目標的背景機復合材料用量比例需求為35%左右,其中碳纖維復合材料將成為主體材料。國外一些輕型飛機和無人駕駛飛機,已實現了結構的復合材料化。目前主要使用的是T300級和T700級小絲束碳纖維增強的復合材料

㈤ 先進復合材料在軍用飛機上,民用飛機上有什麼應用

先進樹脂基復合材料在航空、航天飛行器結構上的應用獲得了成功,現已成為與鋁合金、鈦合金、鋼並駕齊驅的四大結構材料之一。先進樹脂基復合材料的用量已經成為飛機先進性的一個重要標志。
復合材料飛機結構技術是以實現高結構效率和改善飛機氣動彈性與隱身等綜合性能為目的的高新技術。先進樹脂基復合材料的應用,對飛機結構輕質化、小型化和高性能化起著至關重要的作用。復合材料結構特點和應用效果,在高性能戰斗機實現隱身、超聲速巡航、過失速飛行控制,前掠翼飛機先進氣動布局的實際應用,艦載攻擊/戰斗機耐腐蝕性改善和輕質化,直升機長壽命和輕質與隱身化等諸多方面得到了展現。復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一。
美國空軍F-117隱身戰斗機採用碳纖維增強環氧復合材料做成骨架和外面的蒙皮,沒有金屬表面,也沒有金屬鉚釘反射雷達波;美國1989年首飛的隱身轟炸機B-2,復合材料占結構用量的50%;F-22基本構型沒有採用特殊的外形隱身措施,沒有過多犧牲機動性,而它傳奇般的隱身性能主要是通過復合材料和隱身塗料完成的。而F-35中應用復合材料已佔到結構質量的30%~35%;「旅遊者號」(Voyager)全復合材料飛機於1986年創下了不加油、不著陸連續環球飛行9天,航程40 252千米的世界紀錄,其碳纖維結構用量大於90%,飛機的結構重量只有453 千克,載油量3噸。
軍用飛機中復合材料結構件的成功應用,給民用飛機的材料選擇帶來了巨大的影響,波音、空客等干線客機中復合材料在結構材料中的應用比例也越來越高。空客A380是550座級超大型寬體客機,整機採用了較多的復合材料(23%),大大減輕了飛機重量,減少了油耗和排放,降低了營運成本。波音787「夢想」飛機則是200座~300座級飛機,航程隨具體型號不同可覆蓋6 500~16 000千米。它使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行性能。波音787中復合材料的用量達50%,這可使其比目前同類飛機節省20%的燃油消耗。空客公司由於受到波音公司復合材料高用量的威脅,計劃在A350飛機上將復合材料的用量再次提高到53%,以形成與波音787飛機的競爭。而倍受國人關注的國產大飛機C919復合材料的用量也將達到 20%以上。復合材料在飛機上的應用經歷了從次承力構件—尾翼主承力構件—機翼—機身主承力構件的發展,已成為飛機結構的主要材料。

㈥ 碳纖維材料加工復合材料在航空航天領域中有哪些應用

軍用:國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬復合材料應用在戰機機身、主翼、垂尾翼、平版尾翼及蒙皮等部位權,
民用:部件包括:減速板、垂直和水平穩定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼擾流板、起落架艙門、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、後密封隔框、後壓力艙、後機身、水平尾翼和副翼均採用CFRP製造。繼A340對碳纖維龍骨梁和復合材料後密封框――復合材料用於飛機的密封禁區發起挑戰後,A380又一次對連接機翼與機身主體結構**翼盒新的禁區發起了成功挑戰。

㈦ 先進復合材料在軍用飛機上,民用飛機上有什麼應用

為了提高軍用飛機性能,美國空軍材料研究所早在20世紀年代中期就開始尋求比已經採用的鋁合金、鈦合金等金屬材料的比強度、比剛度更大的材料。為此,研究開發了先進樹脂基復合材料、鋁鋰合金等輕質高性能材料。先進樹脂基復合材料在航空、航天飛行器結構上的應用獲得了成功,現已成為與鋁合金、鈦合金、鋼並駕齊驅的四大結構材料之一。先進樹脂基復合材料的用量已經成為飛機先進性的一個重要標志。
復合材料飛機結構技術是以實現高結構效率和改善飛機氣動彈性與隱身等綜合性能為目的的高新技術。先進樹脂基復合材料的應用,對飛機結構輕質化、小型化和高性能化起著至關重要的作用。復合材料結構特點和應用效果,在高性能戰斗機實現隱身、超聲速巡航、過失速飛行控制,前掠翼飛機先進氣動布局的實際應用,艦載攻擊/戰斗機耐腐蝕性改善和輕質化,直升機長壽命和輕質與隱身化等諸多方面得到了展現。復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一。
美國空軍F-117隱身戰斗機採用碳纖維增強環氧復合材料做成骨架和外面的蒙皮,沒有金屬表面,也沒有金屬鉚釘反射雷達波;美國1989年首飛的隱身轟炸機B-2,復合材料占結構用量的50%;F-22基本構型沒有採用特殊的外形隱身措施,沒有過多犧牲機動性,而它傳奇般的隱身性能主要是通過復合材料和隱身塗料完成的。而F-35中應用復合材料已佔到結構質量的30%~35%;「旅遊者號」(Voyager)全復合材料飛機於1986年創下了不加油、不著陸連續環球飛行9天,航程40 252千米的世界紀錄,其碳纖維結構用量大於90%,飛機的結構重量只有453 千克,載油量3噸。
軍用飛機中復合材料結構件的成功應用,給民用飛機的材料選擇帶來了巨大的影響,波音、空客等干線客機中復合材料在結構材料中的應用比例也越來越高。空客A380是550座級超大型寬體客機,整機採用了較多的復合材料(23%),大大減輕了飛機重量,減少了油耗和排放,降低了營運成本。波音787「夢想」飛機則是200座~300座級飛機,航程隨具體型號不同可覆蓋6 500~16 000千米。它使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料製造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件,不僅使結構重量減輕,還提高了飛機的各種飛行性能。波音787中復合材料的用量達50%,這可使其比目前同類飛機節省20%的燃油消耗。空客公司由於受到波音公司復合材料高用量的威脅,計劃在A350飛機上將復合材料的用量再次提高到53%,以形成與波音787飛機的競爭。而倍受國人關注的國產大飛機C919復合材料的用量也將達到 20%以上。復合材料在飛機上的應用經歷了從次承力構件—尾翼主承力構件—機翼—機身主承力構件的發展,已成為飛機結構的主要材料。

㈧ 在航空航天領域中應用時對復合材料有哪些要求

很多很多,發動機葉片,機翼蒙皮等等,材料是制約航空航天工業發展的一個主要問題

㈨ 復合材料在軍事中的應用

復合材料
先進復合材料是比通用復合材料有更高綜合性能的新型材料,它包括樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料和碳基復合材料等,它在軍事工業的發展中起著舉足輕重的作用。先進復合材料具有高的比強度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、抗核、抗粒子雲、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優點,是國防工業發展中最重要的一類工程材料。
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(1)樹脂基復合材料
樹脂基復合材料具有良好的成形工藝性、高的比強度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導率等特點,廣泛應用於軍事工業中。樹脂基復合材料可分為熱固性和熱塑性兩類。熱固性樹脂基復合材料是以各種熱固性樹脂為基體,加入各種增強纖維復合而成的一類復合材料;而熱塑性樹脂則是一類線性高分子化合物,它可以溶解在溶劑中,也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體,冷卻後硬化成為固體。樹脂基復合材料具有優異的綜合性能,制備工藝容易實現,原料豐富。在航空工業中,樹脂基復合材料用於製造飛機機翼、機身、鴨翼、平尾和發動機外涵道;在航天領域,樹脂基復合材料不僅是方向舵、雷達、進氣道的重要材料,而且可以製造固體火箭發動機燃燒室的絕熱殼體,也可用作發動機噴管的燒蝕防熱材料。近年來研製的新型氰酸樹脂復合材料具有耐濕性強,微波介電性能佳,尺寸穩定性好等優點,廣泛用於製作宇航結構件、飛機的主次承力結構件和雷達天線罩。
玻璃纖維
目前用於高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面,近年來民用產品也有廣泛應用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫製品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬於耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強酚醛樹脂可製成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件,大量應用於火箭、導彈的防熱材料。
碳纖維
碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能,首先在航空航天領域得到廣泛應用,近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛採用。
芳綸纖維
芳綸纖維比強度、比模量較高,因此被廣泛應用於航空航天領域的高性能復合材料零部件(如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、遊艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國家已用它來製造艦艇的高頻聲納導流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域,在汽車製造、船舶製造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料製成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度,廣泛應用於化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點,因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。乙烯基酯樹脂是20世紀60年代發展起來的一類新型熱固性樹脂,其特點是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機械強度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品,70年代後開始轉向民用,主要用於建築、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建築方面,有內外牆板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用於管道及貯罐;在交通運輸方面,汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件,火車上有車廂板、門窗、座椅等,船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等;在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模;在航空航天及軍事領域,輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。

(2)金屬基復合材料
金屬基復合材料具有高的比強度、高的比模量、良好的高溫性能、低的熱膨脹系數、良好的尺寸穩定性、優異的導電導熱性在軍事工業中得到了廣泛的應用。鋁、鎂、鈦是金屬基復合材料的主要基體,而增強材料一般可分為纖維、顆粒和晶須三類,其中顆粒增強鋁基復合材料已進入型號驗證,如用於F-16戰斗機作為腹鰭代替鋁合金,其剛度和壽命大幅度提高。碳纖維增強鋁、鎂基復合材料在具有高比強度的同時,還有接近於零的熱膨脹系數和良好的尺寸穩定性,成功地用於製作人造衛星支架、L頻帶平面天線、空間望遠鏡、人造衛星拋物面天線等;碳化硅顆粒增強鋁基復合材料具有良好的高溫性能和抗磨損的特點,可用於製作火箭、導彈構件,紅外及激光制導系統構件,精密航空電子器件等;碳化硅纖維增強鈦基復合材料具有良好的耐高溫和抗氧化性能,是高推重比發動機的理想結構材料,目前已進入先進發動機的試車階段。在兵器工業領域,金屬基復合材料可用於大口徑尾翼穩定脫殼穿甲彈彈托,反直升機 / 反坦克多用途導彈固體發動機殼體等零部件,以此來減輕戰斗部重量,提高作戰能力。

(3)陶瓷基復合材料
陶瓷基復合材料是以纖維、晶須或顆粒為增強體,與陶瓷基體通過一定的復合工藝結合在一起組成的材料的總稱,由此可見,陶瓷基復合材料是在陶瓷基體中引入第二相組元構成的多相材料,它克服了陶瓷材料固有的脆性,已成為當前材料科學研究中最為活躍的一個方面。陶瓷基復合材料具有密度低、比強度高、熱機械性能和抗熱震沖擊性能好的特點,是未來軍事工業發展的關鍵支撐材料之一。陶瓷材料的高溫性能雖好,但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相變增韌、微裂紋增韌、彌散金屬增韌和連續纖維增韌等。陶瓷基復合材料主要用於製作飛機燃氣渦輪發動機噴嘴閥,它在提高發動機的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

(4)碳-碳復材料
碳-碳復合材料是由碳纖維增強劑與碳基體組成的復合材料。碳-碳復合材料具有比強度高、抗熱震性好、耐燒蝕性強、性能可設計等一系列優點。碳-碳復合材料的發展是和航空航天技術所提出的苛刻要求緊密相關。80年代以來,碳-碳復合材料的研究進入了提高性能和擴大應用的階段。在軍事工業中,碳-碳復合材料最引人注目的應用是太空梭的抗氧化碳-碳鼻錐帽和機翼前緣,用量最大的碳-碳產品是超音速飛機的剎車片。碳-碳復合材料在宇航方面主要用作燒蝕材料和熱結構材料,具體而言,它是用作洲際導彈彈頭的鼻錐帽、固體火箭噴管和太空梭的機翼前緣。目前先進的碳-碳噴管材料密度為1.87~1.97克/厘米3,環向拉伸強度為75~115兆帕。近期研製的遠程洲際導彈端頭帽幾乎都採用了碳-碳復合材料.隨著現代航空技術的發展,飛機裝載質量不斷增加,飛行著陸速度不斷提高,對飛機的緊急制動提出了更高的要求。碳-碳復合材料質量輕、耐高溫、吸收能量大、摩擦性能好,用它製作剎車片廣泛用於高速軍用飛機中。
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軍事高技術的發展要求材料不再是單一的結構材料,在這種條件下,中國在先進復合材料的研製和應用方面取得了很大的成績,它在「十五」期間的發展會更加引人注目。21世紀復合材料的發展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。

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