航空航天復(fù)合材料現(xiàn)狀及發(fā)展前景

唐聯(lián)洲(黑龍江省實(shí)驗(yàn)中學(xué), 黑龍江 哈爾濱 150001)

航空航天復(fù)合材料現(xiàn)狀及發(fā)展前景

唐聯(lián)洲(黑龍江省實(shí)驗(yàn)中學(xué), 黑龍江 哈爾濱 150001)

航空航天復(fù)合材料具有強(qiáng)阻力，高強(qiáng)度，高剛度，耐疲勞性。它已經(jīng)在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的崛起，經(jīng)歷了從簡單的承重部件到一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的發(fā)展過程，并將繼續(xù)探究具有多功能一體化結(jié)構(gòu)的高性能，多功能和智能化的先進(jìn)復(fù)合材料。本文中，探討了航空航天復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及前景。

航空航天;復(fù)合材料;應(yīng)用

1 復(fù)合材料概述

在航空航天領(lǐng)域中，使用的高性能復(fù)合材料快速發(fā)展，復(fù)合材料更廣泛地用于航天器的各種結(jié)構(gòu)組件(例如導(dǎo)彈罩等)。復(fù)合材料的高性能新材料組成，通過一個(gè)特殊的模制過程復(fù)合兩種或更多種異構(gòu)異質(zhì)材料。復(fù)合材料的目的是滿足所需的材料性能。復(fù)合材料基于復(fù)合材料和功能陸續(xù)應(yīng)用在航天領(lǐng)域。目前和未來20～30年，將發(fā)展用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件(CFRP)的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料。 在結(jié)構(gòu)/功能集成和復(fù)合材料基礎(chǔ)上，將發(fā)展智能結(jié)構(gòu)，滿足更先進(jìn)的航天器的要求。

2 復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀

(1)國外復(fù)合材料現(xiàn)狀 對于國內(nèi)外復(fù)合材料的研究，分成兩類，包括聚合物基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料聚合物基。復(fù)合材料性能好，得到了研究人員的肯定。使用樹脂基復(fù)合材料制造飛機(jī)零部件比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料好，可以使飛機(jī)重量減輕20%～30%,維修成本費(fèi)用也很低。樹脂基復(fù)合材料的飛機(jī)還有隱形的能力,正確的設(shè)計(jì)使得樹脂基復(fù)合材料的飛機(jī)其雷達(dá)反射截面變小,吸波性能提升。法國，意大利供應(yīng)AT7R2翼碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，和副翼，方向舵，機(jī)艙內(nèi)部，所述環(huán)氧樹脂組合物增強(qiáng)的30%的芳族聚酰胺的整流罩重量減少15%。聚合物復(fù)合材料，與增強(qiáng)纖維的特性密切相關(guān)，對于兩個(gè)復(fù)合材料的研究，認(rèn)為可以增強(qiáng)其碳纖維特性。金屬纖維增強(qiáng)包括含有化合物如鋁的金屬復(fù)合材料。陶瓷纖維主要是由氧化鋁，碳化硼，氧化硅，由硼和碳化硅構(gòu)成。對金屬的復(fù)合材料的溫度特性及低膨脹系數(shù)的研究，應(yīng)用會(huì)很廣泛。

(2)國內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，我國復(fù)合材料研究的技術(shù)水平逐步提高，取得了不錯(cuò)的成績，樹脂與玻璃纖維的技術(shù)不斷更新，以適應(yīng)產(chǎn)品的需求；復(fù)合材料的生產(chǎn)力得到提高，一些廠家提高自身實(shí)力，降低成本，已經(jīng)被同行業(yè)的其他公司所接受。碳纖維、硼纖維是業(yè)界的基本材料中的提高聚合物復(fù)合材料，開始逐漸使用。中國在生產(chǎn)、研究與國外先進(jìn)水平的復(fù)合材料的發(fā)展業(yè)績相比之下，還有一定的差距。我國現(xiàn)有復(fù)合材料比比國外總量低得多。但我國成功研制的大型民用飛機(jī)其復(fù)合材料使用概率能達(dá)到16%，表明通過上述可查數(shù)據(jù)能獲悉，我國使用先進(jìn)符合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用正在逐步呈現(xiàn)上升態(tài)勢。

3 航空航天復(fù)合材料的應(yīng)用

(1)軍機(jī)應(yīng)用 在20世紀(jì)60年代，美國軍事發(fā)動(dòng)機(jī)的第一碳纖維在整流罩和副翼使用。在80年代初，例如F-15，F(xiàn)-16，開發(fā)了在垂直和平尾兩個(gè)組分，如F-18，幻影4000和幻影2000機(jī)翼使用復(fù)合材料，復(fù)合材料被應(yīng)用主要的承重結(jié)構(gòu)。在80年代后期，美國推出的第四代戰(zhàn)機(jī)F-22，飛機(jī)承重結(jié)構(gòu)的機(jī)身是復(fù)合材料，使用復(fù)合材料的用量速度快，該復(fù)合材料的量目前占飛機(jī)結(jié)構(gòu)的20%到50%。用于制造熱樹脂復(fù)合材料(聚酰亞胺)，在操作溫度250至350℃一些飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)是冷端，風(fēng)扇定子葉片的主導(dǎo)管外殼用于轉(zhuǎn)子，容納外殼和機(jī)艙，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片組件，并且包括一個(gè)推力反向器。

(2)民機(jī)應(yīng)用 對于安全性和可靠性，民用飛機(jī)要求大。復(fù)合材料以確保穩(wěn)定性和相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，材料特性的度量，作為一種新的類型，它的發(fā)展有悠久的歷史。復(fù)合材料在軍事的運(yùn)用從開始到應(yīng)用在主體結(jié)構(gòu),已經(jīng)有10多年的歷史了,并且在民用飛機(jī)上的應(yīng)用從20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用,已經(jīng)經(jīng)歷了30多年。

4 復(fù)合材料在航空領(lǐng)域中的發(fā)展前景

飛機(jī)的制造水平和優(yōu)良復(fù)合材料的運(yùn)用有很大的關(guān)聯(lián)，飛機(jī)開發(fā)和試點(diǎn)技術(shù)的物質(zhì)保障是復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，我國加大了相關(guān)研究領(lǐng)域的力度，總體效果更好。(1)智能化 復(fù)合材料智能化，它能夠被應(yīng)用到更廣泛的航天器智能復(fù)合材料的外表面。在未來一段時(shí)間內(nèi)的需求，飛機(jī)外表面加傳感器裝置，外圍環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及通信，使用電子設(shè)備和其它飛機(jī)系統(tǒng)，保證飛機(jī)在某些情況下平穩(wěn)操作。(2)質(zhì)量輕及性能高 我國復(fù)合材料整體表現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能差。在以后的發(fā)展中，我們需要加強(qiáng)復(fù)合材料的實(shí)力和韌性，研發(fā)出良好的高強(qiáng)度和韌性的重量輕的復(fù)合材料。(3)多功能化 為了提高航天飛行器的功能，提高航天飛行器的使用壽命，必須通過多功能復(fù)合材料的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)，為此，必須強(qiáng)化多功能材料的研發(fā)力度。(4)低成本 航天業(yè)發(fā)展的最大限制原因是復(fù)合材料是昂貴的。我們需要關(guān)心復(fù)合材料的產(chǎn)出，以及科學(xué)合理的生產(chǎn)，在加工材料的結(jié)構(gòu)和規(guī)模的制造過程中，把重點(diǎn)放在用于進(jìn)行自動(dòng)控制模式，采用先進(jìn)的控制技術(shù)改善材料的生產(chǎn)效率。這也是對于提高復(fù)合材料效率和減少成本的關(guān)鍵。

5 結(jié)語

新材料的開發(fā)和應(yīng)用在很大程度上反映了一國國防和科技研究水平。結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性是新航天器的標(biāo)識(shí)，先進(jìn)的復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要基礎(chǔ)和領(lǐng)先技術(shù)。將來中國將成為世界上最先進(jìn)的復(fù)合材料大國，但面對中國技術(shù)儲(chǔ)備嚴(yán)重稀缺和國外先進(jìn)技術(shù)飛躍發(fā)展等問題的考驗(yàn)，所以要實(shí)現(xiàn)中國的可持續(xù)發(fā)展，需要大力開展先進(jìn)復(fù)合材料開發(fā)，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，解決問題。

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