复合材料在航天航空领域的成功应用8篇

复合材料在航天航空领域的成功应用8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8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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　ｔｉｎｇＭ ｅｔ玉。

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　ｕ ｒｉｌｌｇＭ ｅｃｈ ａ ｎ ｉ一ｃａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔｉ。

　。

　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

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

篇三：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。

篇四：复合材料在航天航空领域的成功应用

术新工艺2012年第9塑一per，thecharacteri sti cs of advancedcom posi tem ateri al s w ere sum m ari zed bri efl y． The properti es andprogress of advanced——————————————————————————————————————————————————————————————————一一一先进复合材料在航空航天领域的应用朱晋生，王卓，欧峰( 驻上海航天局8l o所军事代表室，上海201108)摘要：复合材料是当今科技发展的重要物质基础，特别是先进复合材料已经成为应用于航空航天的基本材料之一。本文简要概述了先进复合材料的特性，着重介绍了先进树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳／碳复合材料等的特点和研究进展，以及先进复合材料在航空航天领域的应用。关键词：先进复合材料；航空航天；应用中图分类号：TB 33文献标志码：BAppl i cati onsof AdvancedCom pO si teM ateri aIs i nAerospaceZH UJ i nsheng，W AN GZhuo，0U Feng( M i l i tary Representati veof8】0 Inst；tute ofShanghaiAcadem yofAerospace，Shanghai201108，Chi na)Abstract：Com posi tem ateri al s are ani m portant supportfor sci ence andtechnol ogy devel opm entof m oderntechnol ogy．Especi al l y，advanced com p。si te m ateri al s( ACM ) have becom e the basi c m ateri al s oftheaerospace engi neeri ng．1n thi s pap01ym erm at“ xcom posi tes，m etalm atri xcom posi tes，ceram i cm atri xcom posi tes and carbon／carboncom posi tes w erem ai nl ydescri bed，as w el las theappl i cati ons of advancedcom posi tesi n the aerospacefi ei d w ere i ntroduced．Key w ords：Advanced com posi te m ateri al s，Aerospace，Appl i cati on随着现代高技术的迅猛发展，特别是国内外航空航天领域的发展，材料的使用环境越来越恶劣，对材料的要求也越来越苛刻。新材料技术是为了满足高技术发展需求而开发的高性能新型材料。复合化是新材料的重要发展方向，也是新材料最具生命力的分支之一，复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一[1]1先进复合材料的特性复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几种不同物理、化学性质的材料，通过复合工艺，以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的新的材料系统[ 2] 。它与一般材料的简单混合有本质区别，可以通过材料设计使原组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优越的性能，既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能[3。。先进复合材料是指用高性能纤维、织物、晶须等增强基体材料所制成的高级材料。通常增强基体有碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料[ 4。3；先进复合材料具有高比强度、高比模量和性能可设计等特点，能有效地减轻导弹和航天器的结构质量，并赋予某些特殊功能( 如防热、吸波等) ，是用于飞机、火司箭、卫星、飞船等现代航空航天飞行器的理想材料，也是当今航天新材料研究和发展的重点m 。先进复合材料的使用，不仅极大地提高了现代飞行器的性能，使得人类飞天、登月的梦想变成现实，同时也创造了巨大的经济效益。2先进复合材料的特点及研究进展航空航天所用的先进复合材料主要有树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳／碳复合材料等，尤以树脂基复合材料在航空工业中的应用最为广泛[?]。2．1先进树脂基复合材料先进树脂基复合材料是以高性能树脂为基体，高性能连续纤维等为增强材料，通过一定的复合工艺制备而成，是具有明显优于原组分性能的新型材料。与传统的钢、铝合金结构材料相比，它的密度约为钢的1／5，铝合金的1／2，且比强度与比模量远高于二者。先进树脂基复合材料常用的增强纤维包括碳纤维和其他高性能有机纤维，目前应用得最多和最重要的是碳纤维，其典型代表是环氧树脂基碳纤维复合材料。经过多年的使用验证，环氧树脂基体具有综合性能优异、工艺性良好、价格低等诸多优点。为了提高先进树脂基复合材料的使用性能，在环氧( EP) 的基础上，研究人员开发出了双马来亚胺! 堑垫查堑三茎! 垫三三茎皇塑整竺窒万方数据

　( BM l ) 基和耐高温聚酰亚胺( PI) 基等复合材料。与此同时，先进树脂基复合材料的成形技术也得到了发展。表1是一些常用的树脂基复合材料成型技术特点和应用。表1树脂基复合材料的成型技术成型技术特点和应用热压罐／真空袋纤维缠绕RTM模压挝挤适于各种大尺寸、形状和结构复杂的复合材料构件制备，如整体厚壁板、加筋壁板、双曲度加筋壁板、骨架和蒙皮的整体结构等适于各种复合材料管材，旋转体形状复合材料构件．如火箭发动机壳体、各种压力瓶、霄达罩、小型火箭等适于制造各种精度要求高、内外表面光滑、不希望再加工的制件．如高性能机头雷达罩、各种形状的复合材料构件机械化程度高、生产效率高、制件重现性好。适于制造尺寸精确、表面光洁、无毛边、不希望进行再加工的中小型制件和先进热塑性复合材料连续生产、效率高、制品长度不受限制。适于制备断面复杂、厚度可变但宽度不变。或断面形状可变但断面面积不变的制品及各种复合材料型材。产品具有较明显的方向性2．2金属基复合材料航空航天领域所用到的金属基复合材料主要是指以A1、M g、Ti 等轻金属为基体，以高强度的第二相为增强体的复合材料。这类材料具有优良的导电性能、导热性能、耐高温性能、横向性能、低消耗和优良的可加工性能。尤其是纤维增强钛基复合材料，是先进航空承力部件的候选材料。凭借密度小、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。2．3陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料使陶瓷材料的韧性大大改善，同时其强度、模量有了提高。目前连续纤维增强陶瓷基复合材料是一个主要的发展方向，它具有密度小、比模量高、比强度高、热机械性能和抗热振冲击性能好等一系列优点，且具有更高的断裂韧性及断裂功、完全的非脆性破坏形式、优异的耐烧蚀性能或者绝热性能，是未来航天科技发展的关键支撑材料之一，如碳纤维增强陶瓷( Cf／Si 3 N 。、C。／Si C、Cf／Si 0。、C。／Al 。03) ，以及陶瓷纤维增强陶瓷( Si Cf／Si O ：、Si Cf／Si 02、A12 03f／Si 02)等。2．4碳／碳复合材料碳／碳复合材料是以碳为基体，由碳纤维或其制品( 碳毡或碳布) 增强的一种复合材料。它兼有碳的惰性和碳纤维的高强度，具有热膨胀系数小、热导率材料研究较低、抗热冲击性能好、耐烧蚀性好和耐含固体微粒燃气的冲刷等一系列的优异性能，而且其质轻，比强度和比弹性模量都很高，更重要的是这种材料在惰性环境下随着温度的升高( 可达2 200℃) 其强度不降低，甚至比室温条件下还高，这些都是其他材料无法比拟的。制备碳／碳复合材料最关键的技术是坯体致密化，碳／碳复合材料的致密工艺一般采用化学气相渗透( Cvl ) 或者液态树脂沥青浸渍、碳化的方法。碳化的方法有中压碳化和高压碳化，高温处理方法有充气保护石墨化和真空石墨化。以上的这些方法可以交叉使用和循环使用，从而达到预定的致密化的密度指标。3先进复合材料在航空航天领域的应用3．1在大飞机上的应用空中客车A380( Ai rbus A380) 是欧洲空中客车工业公司研制生产的4台发动机、550座级超大型远程宽体客机，是目前世界上最大的飞机。飞机质量25％的部件由先进复合材料制造，其中22％为碳纤维增强塑料( CFRP) ，3％为首次用于民用飞机的铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构( G LARE纤维一金属板) 。A380的碳纤维复合材料构件包括襟翼、副翼、梁、后隔板、舱壁、地板梁、前缘、中央机翼盒、机身段、垂直稳定翼等。与此同时，在A380的机身上部采用了G LARE交替层压而成，我国又称之为超混杂复合材料。G LARE层板与相应的铝合金比可减重25％～30％，提高抗疲劳寿命10～15倍，效果可观。图1所示为G LARE层板示意图。图1G LARE层板示意图由于CFRP明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损，大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型低13％左右，降低了运营成本，每英里成本比目前效率最高的飞机低15％～一．! 堑垫查堑三茎! 垫三三茎皇塾整堡壅厂万万方数据

　新技术新工艺2012年第9期20％，成为第1个每位乘客每百公里耗油少于3L的远程客机。B787又称为“ 梦想客机” ，是波音公司1990年启动波音777计划后14年来推出的首款全新机型，2009年12月15日成功试飞，2010年交付使用。对B787除了采用新型的发动机和创新的流线型机翼设计外，在其主体结构( 包括机翼和机身) 上大量采用先进的复合材料，先进复合材料在B787的用量高达50％。表2为B787所使用的材料比例。表2B787使用的材料比例( ％)B787比目前同类飞机燃油消耗节省20％，它的低燃料消耗、高巡航速度、高效益及舒适的客舱环境，可实现更多的点对点不经停直飞航线，这得益于大量采用先进复合材料。例如波音B787采用碳纤维复合材料制造机翼和机身结构，如图2所示。图2B787的机身段碳／碳复合材料具有耐高温、摩擦磨损性能优异、制动吸收能量大等特点，是制造飞机制动装置的优异材料。高性能制动材料要求高比热容、高熔点以及高温下的强度，碳／碳复合材料正好满足了这一要求，制作的飞机制动盘质量轻、耐温高、比热容、比钢高2．5倍，同金属制动相比，可节省40％的结构质量。碳制动盘的使用寿命是金属基的5～7倍，制动力矩平稳，制动时噪声小，因此碳制动盘的问世被认为是制动材料发展史上的一次重大技术进步。图3所示为A380的制动盘。3．2在军用飞机上的应用先进复合材料在军用飞机上应用30多年来，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，如垂直尾翼、水平安定面、方向舵、副翼、前圈3A380的碳／碳制动盘机身和机翼蒙皮等。欧洲的A400M 属于新一代大型军用运输机，在材料应用技术上有了新的飞跃．主要表现为先进复合材料占结构质量的35％～40％。在A400M 运输机上，特别值得提出的是复合材料机翼，碳纤维复合材料占机翼结构质量比例高达85％，开创了使用复合材料为主要材料制造大型运输机机翼的先例。采用碳纤维制造的机翼，质量是同等强度铝合金机翼的75％～80％，并且不会产生金属疲劳，先进复合材料的广泛应用对于减轻结构质量相当有成效。美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F一22的结构质量系数为27．8％，先进复合材料的用量已达到25％以上，军用直升机用量达到50％以上。H 360、S一75、BK一117和V一22等直升机均大量采用了复合材料，如顷转旋翼飞机V一22用复合材料近3 000 kg，占结构总重的45％左右，法德合作研制的虎式武装直升机，复合材料用量更高达77％。一些先进树脂基复合材料具有比较好的雷达传输和介电透射特性，当雷达波透射到这些树脂基复合材料时，不容易形成爬行的电磁波，因此也被用做隐身材料。3．3在固体火箭上的应用固体火箭发动机是当今各种导弹武器的主要动力装置，在航天领域也有广泛的应用。计算结果表明，固体火箭一、二、三级发动机的结构质量每减轻1 kg，导弹射程相应地增加O ．6、3、16 km 左右，所以对壳体特别是末级发动机壳体进行结构减重是战略导弹总体设计师孜孜以求的目标，而达到目标最重要的技术途径之一就是采用先进的材料。固体火箭发动机壳体使用的材料经过了从高强度金属( 超高强度钢、钛合金等) 到先进复合材料的演变。采用碳纤维复合材料将大大减轻火箭和导弹的惰性质量，既减轻发射质量，又可节省发射费用或携带更重的弹头或增加有效射程和落点精度。20世纪60年代初，开始采用纤维缠绕成型的玻璃钢壳体取代钢壳，如美国的潜地导弹“ 北极星A一3” 发动机玻璃钢壳体质量比“ A—l ” 的合金钢减轻了60％，成本降低了66％。此后，“ i 叉戟1” 、M X的三级发动机壳体全部采用芳纶／环氧，质量又比玻璃钢的同尺寸壳体减轻50％。壳体材料在经历了合金钢( 如D 6AC等) 、玻璃纤维／环氧、芳纶／环氧3代材料后，进入了第4代碳纤维／环氧材料时代。美国应用IM 一7碳纤维研制成功“ 大力神一4” 助推器、三叉戟D5、侏儒导弹等碳纤维壳体，制造固体发动机复合材料壳体通常使用了订! 堑垫查堑三茎! 垫三三茎皇塑整里壅一万方数据

　缠绕成型工艺，由微机控制的自动缠绕机将浸过树脂胶液的连续纤维粗纱或布带按照一定规律缠绕到与壳体内腔尺寸相同的芯模上，然后加热固化、脱模，即可制成壳体。如图4所示为纤维缠绕的壳体。图4纤维缠绕壳体4结语我国正在大力发展军用飞机、支线飞机以及大型商用客机等项目，这些领域的发展急需先进复合材料的进步。经过多年的发展，我国复合材料逐渐形成体系，部分已经满足了航空航天器型号的技术要求，但总体上与发达国家还有一定的差距，因此，必须在复合材料的关键技术上进行重点研制和创材料研究新，为国防和航天航空事业发展建立必要的物质保证。参考文献[ 1] 王恩青，张斌．复合材料在航空航天中的发展现状和未来展望[J ]．科技信息，2011，33：290．[2]益小苏，杜善义，张立同，等．中国材料工程大典：复合材料工程[M ]．北京：化学工业出版社，2006．[3]师昌绪．材料大辞典[M ]．北京：化学工业出版社，1994．[ 4] 沈军，谢怀勤．先进复合材料在航空航天领域的研发与应用[J ]．材料科学与工艺，2008，16(5)：737—740．[ 5] 邱惠中，吴志红．国外航天材料的新进展...

篇五：复合材料在航天航空领域的成功应用

源 卷摇第 猿 期圆园员员 年 远 月 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 摇 摇摇中国光学摇摇摇摇摇摇摇悦澡蚤灶藻泽藻 韵责贼蚤糟泽摇摇 摇摇灾燥造援 源摇晕燥援 猿摇 允怎灶藻 圆园员员摇摇收稿日 期院圆园员员鄄园员鄄圆远曰修订日 期院圆园员员鄄园猿鄄圆缘摇摇基金项目院国家自 然科学基金资助项目渊 晕燥援 远园缘园苑园园猿冤文章编号摇员远苑源鄄圆怨员缘渊圆园员员冤园猿鄄园圆园员鄄员圆碳纤维复合材料在航天领域的应用李摇威袁郭权锋渊 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所袁吉林 长春 员猿园园猿猿冤摘要院综述了碳纤维复合材料的应用现状和发展前景遥 首先袁概述了碳纤维的分类和力学性能以及碳纤维复合材料的特性曰重点介绍了碳纤维复合材料在国内外航天领域袁特别是在卫星结构尧运载火箭尧精密支撑构件以及空间镜体等方面的应用情况遥 指出了目前碳纤维复合材料的主要问题是湿热效应遥 最后袁结合我国国情袁对碳纤维复合材料需要解决的问题提出了一些建设性的措施遥关摇键摇词院碳纤维复合材料曰空间相机曰湿热效应中图分类号院灾源源苑曰 灾圆缘摇摇文献标识码院粤粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 糟葬则遭燥灶 枣蚤遭藻则 糟燥皂责燥泽蚤贼藻泽 贼燥 糟燥泽皂燥灶葬怎贼蚤糟 枣蚤藻造凿泽蕴陨 宰藻蚤袁 郧哉韵 匝怎葬灶鄄枣藻灶早渊 悦澡葬灶早糟澡怎灶 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 韵责贼蚤糟泽袁云蚤灶藻 酝藻糟澡葬灶蚤糟泽 葬灶凿 孕澡赠泽蚤糟泽袁悦澡蚤灶藻泽藻 粤糟葬凿藻皂赠 燥枣 杂糟蚤藻灶糟藻泽袁悦澡葬灶早糟澡怎灶 员猿园园猿猿袁悦澡蚤灶葬 冤粤遭泽贼则葬糟贼院 粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 葬灶凿 凿藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣 悦葬则遭燥灶 云蚤遭藻则 悦燥皂责燥泽蚤贼藻泽渊 悦云砸孕泽冤 葬则藻 燥增藻则增蚤藻憎藻凿 蚤灶 贼澡蚤泽 责葬责藻则援云蚤则泽贼造赠袁 贼澡藻 糟造葬泽泽蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 葬灶凿 皂藻糟澡葬灶蚤糟葬造 责则燥责藻则贼蚤藻泽 燥枣 糟葬则遭燥灶 枣蚤遭藻则泽 葬则藻 凿藻泽糟则蚤遭藻凿袁 葬灶凿 贼澡藻 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 燥枣悦云砸孕泽 葬则藻 凿蚤泽糟怎泽泽藻凿援 栽澡藻灶袁 贼澡藻 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 燥枣 悦云砸孕泽 贼燥 糟燥泽皂燥灶葬怎贼蚤糟 枣蚤藻造凿泽 葬贼 澡燥皂藻 葬灶凿 葬遭则燥葬凿 葬则藻 蚤灶贼则燥鄄凿怎糟藻凿袁 藻泽责藻糟蚤葬造造赠 蚤灶 泽葬贼藻造造蚤贼藻 泽贼则怎糟贼怎则藻泽袁 糟葬则则蚤藻则 则燥糟噪藻贼泽袁 责则藻糟蚤泽蚤燥灶 糟燥皂责燥灶藻灶贼泽 葬灶凿 泽责葬糟藻 皂蚤则则燥则泽援 月赠 贼葬噪蚤灶早泽燥皂藻 藻曾责藻则蚤皂藻灶贼泽 枣燥则 藻曾葬皂责造藻泽袁 蚤贼 责燥蚤灶贼泽 燥怎贼 贼澡葬贼 贼澡藻 澡赠凿则燥贼澡藻则皂葬造 藻枣枣藻糟贼 蚤泽 皂葬蚤灶 责则燥遭造藻皂 枣燥则 悦云砸孕泽援 云蚤灶葬造造赠袁泽燥皂藻 糟燥灶泽贼则怎糟贼蚤增藻 蚤凿藻葬泽 葬则藻 责怎贼 枣燥则憎葬则凿 遭葬泽藻凿 燥灶 灶葬贼蚤燥灶葬造 糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶泽 蚤灶 贼澡藻 糟燥怎则泽藻 燥枣 悦云砸孕 凿藻增藻造燥责皂藻灶贼援运藻赠 憎燥则凿泽院 糟葬则遭燥灶 枣蚤遭藻则 糟燥皂责燥泽蚤贼藻 皂葬贼藻则蚤葬造泽曰泽责葬糟藻 糟葬皂藻则葬曰澡赠凿则燥贼澡藻则皂葬造 藻枣枣藻糟贼

　员摇引 摇言摇摇随着科技的发展和进步以及各国对空间光学遥感器的进一步需求袁 空间遥感器必然向高分辨率尧长焦距尧大口 径尧大视场尧大体积而质量更轻的方向发展咱员暂袁 然而袁 发展质量更轻的空间光学遥感器袁必须采用性能优异的轻质结构材料袁碳纤维复合材料渊 悦云砸孕冤 的应用是实现这一要求的最好途径之一遥悦云砸孕 是以树脂为基体袁 碳纤维为增强体的复合材料咱圆暂遥 碳纤维具有碳材料的固有本征特性袁又有纺织纤维的柔软可加工性袁是新一代军民两用的增强纤维遥 它优异的综合性能是任何单一材料无法与其比拟的袁 现在已经成为先进复合材料的主要增强纤维之一遥悦云砸孕 是 圆园 世纪 远园 年代中期崛起的一种新型结构 材 料袁 一 经 问 世 就 显 示 了 强 大的 生 命力咱猿袁源暂遥 当今袁 在众多的先进复合材料中袁 悦云砸孕在技术成熟度与应用范围方面的表现尤为突出袁它所具有的高比强度和比模量尧性能可设计和易于整体成形等诸多优点袁 可以满足航天结构高结构效率的要求袁 易于得到尺寸稳定的结构遥 自 从悦云砸孕 被广泛应用于军事尧民用各个领域袁 尤其是航空航天领域后袁 其所展现出的优异特性使它已经成为一种不可或缺袁 同时又不可多得的多功能的特种工程材料遥 现在袁 悦云砸孕 已经与铝合金尧钛合金尧合金钢一起成为航空尧航天领域的四大结构材料咱缘暂遥圆摇碳纤维的分类和力学性能摇摇按照原丝种类袁碳纤维的原丝主要有 孕粤晕 原丝尧沥青纤维和粘胶丝遥 由这三大类原丝生产出的碳纤维分别叫做 孕粤晕 基碳纤维尧沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维遥 其中袁 孕粤晕 基碳纤维占据主流地位袁产量占碳纤维总量的 怨园豫 以上袁 粘胶基碳纤维还不足 员豫 遥航天用碳纤维的应用以高强尧中模为主袁高模也有少量应用遥 在各大碳纤维生产厂中袁 日 本东丽公司咱远暂的品种较多袁 性能较好遥 表 员 为其产品的力学性能遥表 员摇 碳纤维性能栽葬遭援 员摇 孕则燥责藻则贼蚤藻泽 燥枣 糟葬则遭燥灶 枣蚤遭藻则泽纤维牌号每束纤维根数抗拉强度 辕酝孕葬 抗拉模量辕郧孕葬伸长率辕豫线密度辕渊 早窑 噪皂原 员冤 密度 辕渊 早窑 糟皂原 猿冤栽猿园园员 园园园猿 缘猿园圆猿园员援 缘远远员援 苑远栽猿园园允猿 园园园源 圆员园圆猿园员援 愿员怨愿员援 苑愿栽源园园匀猿 园园园源 源员园圆缘园员援 愿员怨愿员援 愿栽苑园园杂员圆 园园园源 怨园园圆猿园圆援 员圆园园员援 愿栽员园园园郧员圆 园园园远 猿苑园圆怨源圆援 圆源愿缘员援 愿酝猿缘允远 园园园源 苑园园猿源猿员援 员圆圆缘员援 苑远酝源园允远 园园园源 源员园猿苑苑员援 圆圆圆缘员援 苑苑酝源远允远 园园园源 圆员园源猿远员援 园圆圆猿员援 愿源酝缘园允远 园园园源 员圆园源苑缘园援 愿圆员远员援 愿愿酝缘缘允远 园园园源 园圆园缘源园园援 愿圆员愿员援 怨员酝远园允猿 园园园猿 怨圆园圆怨源员援 猿员园园员援 怨源酝猿园员 园园园猿 怨圆园圆怨源员援 猿缘远员援 苑酝猿园杂员愿 园园园缘 源怨园圆怨源员援 怨苑源缘员援 苑猿酝猿园郧员愿 园园园缘 员园园圆怨源员援 苑苑源缘员援 苑猿酝源园员 园园园圆 苑源园猿怨圆园援 苑远员员援 愿员酝缘园员 园园园圆 源缘园源怨园园援 缘远园员援 怨员圆园圆摇摇摇摇中国光学摇摇摇 摇摇摇第 源 卷摇

　猿摇悦云砸孕 的特性摇摇悦云砸孕 属于各向异性材料袁 与金属材料相比袁材料本身及其结构上都有其独特的特点院渊员冤 密度小咱苑暂遥 悦云砸孕 的密度与镁和铍基本相当袁是其他几种金属材料密度的 园郾 圆园 耀 园郾 缘苑 倍渊 按碳纤维 酝源园允月 计算冤 袁 一般来讲袁 采用 悦云砸孕作为结构件材料可使结构质量减轻 猿园豫 耀 源园豫 遥渊圆冤 比强度尧比模量高咱愿暂遥 用比强度渊 材料的拉伸强度与密度之比冤 和比模量渊 弹性模量与密度之比冤 的比较袁很好地说明了 悦云砸孕 在轻质高强方面的优越性遥 悦云砸孕 的轻质高强性能最为显著袁其比强度比钢高 缘 倍袁 比铝合金高 源 倍曰 比模量则是其它结构材料的 员郾 猿 耀员圆郾 猿 倍遥 若将这种性能优越的材料用在空间遥感器的结构构件中袁必然会有助于解决许多传统材料无法解决的难题遥渊猿冤 设计上的先进性咱怨暂遥 碳纤维增强复合材料是一种各向异性材料袁表现出显著的各向异性袁在沿纤维轴方向和垂直于纤维轴方向的电尧磁尧导热尧比热尧热膨胀系数以及力学性能等袁 都有明显的差别遥 悦云砸孕 的各向异性给设计带来较多的可选择性遥 悦云砸孕 的铺层取向可以在很宽的范围进行调整袁由于铺层的各向异性特征袁可通过选择合适的铺层方向和层数来满足强度尧刚度和各种特殊要求袁以获得满足使用要求尧具有最佳性能质量比的复合材料结构袁 这为结构的优化设计开阔了巨大的发展空间袁是各向同性材料所无法比拟的遥渊源冤 良好的抗疲劳特性遥 疲劳破坏是指材料在大小和方向随时间发生周期性变化的载荷渊 即交变载荷冤 作用下袁 产生裂纹和断裂的现象遥 在悦云砸孕 中存在着许许多多的碳纤维和树脂基体界面袁这些大量的界面能够阻止裂纹的扩展袁延迟疲劳破坏的发生遥 复合材料比金属材料的耐疲劳性能高很多遥 通常情况下金属材料疲劳强度极限为拉伸强度的 源园豫 耀缘园豫 袁 而碳纤维增强聚合物基复合材料的疲劳极限可以达到拉伸强度的苑园豫 耀愿园豫 袁说明在长期交变载荷条件下工作时复合材料构件的寿命高于传统材料构件遥渊缘冤 抗振性能好遥 受力结构的固有频率除和结构几何形状和尺寸有关外袁 还和材料的比模量平方根成正比遥 根据特点渊圆冤 中对于比模量的分析可知袁悦云砸孕 具有较高的固有频率袁 同时复合材料基体纤维界面有较大的吸收振动能量的能力袁因而材料的阻尼较高袁 这些特性都有利于提高复合材料结构的抗振性能遥渊远冤 高温性能好遥 铝合金在温度 源园园 益 时袁其弹性模量几乎下降到零袁 强度也显著下降遥 碳纤维鄄铝合金复合材料在 源园园 益 高温下袁 强度和弹性模量基本无变化遥 有的 悦云砸孕 具有很好的烧蚀性能遥 弹头和再入飞船可借助表面烧蚀材料保护自 身并保持其内部温度正常遥渊苑冤 破损 安 全性高遥 从力 学 的 角 度 来 看袁悦云砸孕 内部存在着的大量界面以及碳纤维本身承载的特点袁使其成为典型的超静定体系遥 研究表明复合材料的破坏需经历基体损伤尧开裂尧界面脱粘尧纤维断裂等一系列过程袁 使用过程中袁 碳纤维复合材料构件即使过载而造成少量纤维断裂袁 其载荷也会通过基体的传递分散到其它完好的纤维上去袁使整个构件不会在短时期内丧失承载能力袁表现出较高的结构破损安全性遥渊愿冤 易于大面积整体成形遥 由于 悦云砸孕 的树脂基体是高分子材料袁 虽然在 悦云砸孕 的成形过程中袁对其进行理论分析和机理预测比较困难袁但是对于批量生产 而言袁 当 工艺 流 程文件确 定 后袁悦云砸孕 构件的制作比较简单遥 许多方法可被用于悦云砸孕 构件的成形袁其中包括整体共固化成形袁 这种成形技术大大减少了零件和紧固件的数量袁 简化了生产工序袁缩短了生产周期遥 例如袁美国洛克希德窑 马丁公司试制的 允杂云 战斗机的复合材料垂直安定面袁复合材料的零件数目减少到 员 个袁原先众多的钣金铆接件被取代袁 取消了 员 园园园 多个机械紧固件袁 既简化了工序袁 又节省了工时袁 使装配协调问题更简单袁 制造成本减少了 远园豫 遥 此外袁树脂基复合材料构件可采用拉拔尧注射尧缠绕尧铺放技术进行袁并容易实现成形自 动化遥减轻结构重量对空间光学遥感器等航天仪器具有特殊重要的意义咱员园袁员员暂遥 悦云砸孕 所具有的上述优异特性袁若应用于航天结构袁可比常规的金属结构减重 猿园豫 左右袁对减轻质量和可设计性而言是最具发展和应用潜力 的先进材料遥 目 前袁 悦云砸孕猿园圆第 猿 期摇摇摇摇摇摇摇李摇威袁等院碳纤维复合材料在航天领域的应用

　已经被广泛应用在国内外航天领域中咱员圆暂遥 人们甚至将 悦云砸孕 在航天结构上应用的规模视为衡量航天结构先进性的重要标志之一遥源摇悦云砸孕 在国外航天领域的应用摇摇悦云砸孕 在国外航天领域的应用主要体现在卫星结构尧运载火箭尧精密支撑结构件及光学镜体源 大方面遥源援 员摇 在卫星结构上的应用渊员冤 卫星本体结构由于 悦云砸孕 具有较高的比强度尧较大的比刚度和良好的抗疲劳性能等特性袁 适于用来制造卫星本体的结构遥 悦云砸孕 在卫星本体上的应用主要包括卫星外壳尧中心承力筒和各种仪器安装结构板等遥在法国电信一号通信卫星咱怨暂本体结构中袁 带有 源 条环形加强筋的中心承力筒是由 悦云砸孕 制成的袁它通过螺接连接在由 悦云砸孕 制成的仪器平台上遥 卫星 的 蒙 皮 是 由 栽猿园园 悦云砸孕 制 成遥 由 于悦云砸孕 的比模量高袁 在日 本 允耘砸杂鄄员 地球资源卫星壳体内部的 准缘园园 皂皂 的推力筒尧仪器支架尧愿 根支撑杆和分隔环都使用了 酝源园允月 悦云砸孕袁 此外袁 卫星的外壳尧一些仪器的安装板均采用了碳纤维辕环氧蜂窝夹层结构遥渊圆冤 卫星能源系统要太阳电池阵结构卫星在太空中工作所需要的电能是由太阳电池阵提供的袁用电量较大遥 卫星发射时袁大型太阳电池阵通常都是折叠的袁在空中进行展开袁面积较大袁不能采用金属件制成遥 由 于 悦云砸孕 具有质量轻尧比强度高尧比刚度大以及线膨胀系数小的特点袁因此袁大型太阳电池阵通常采用 悦云砸孕遥 由德国 酝月月 公司研制出并已应用于轨道试验卫星的一种刚性太阳电池阵是由 悦云砸孕 面板尧薄壁方形梁和铝蜂窝胶结而成袁 面积为 员员郾 源 皂圆遥 应用在国际通信卫星吁 号咱员猿暂上的太阳能电池帆板的面积为 员愿郾 员圆 皂圆袁也采用了 悦云砸孕袁 每个帆板的长为...

篇六：复合材料在航天航空领域的成功应用

复合材料与航空航天 摘 要:

　复合化是新材料的重要发展方向, 先进复合材料已经成为航空航天结构的基本材料之一。

　本文中阐述了先进复合材料在航空航天领域的应用需求和现状, 介绍了诸如点阵、纳米、多功能复合材料与结构等研发热点和前沿技术, 并讨论了其研发与应用趋势。最后, 重点讨论了复合材料的原材料技术、低成本技术、设计/ 评价一 体化技术等亟待解决的问题。

　关键词:

　先进复合材料;

　 航空航天;

　 低成本;

　 设计/ 评价一体化

　1.先进复合材料是航空航天的重要物质基础与先导技术 1. 1

　先进复合材料已成为四大类材料之一 复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一[1 ] , 复合材料是指由有机高分子、 无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料, 它既能保留原有组分材料的主要特色, 又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联与协同, 从而获得原组分材料无法比拟的优越性能, 与一般材料的简单混合有本质的区别[2 ] 。所谓先进复合材料( Advanced composite material s , 简称ACM) 是指用碳纤维等高性能增强相增强的复合材料, 对于先进树脂基复合材料, 在综合性能上与铝合金相当, 但比刚度比强度高于铝合金[3 ] 。本文中主要针对先进复合材料(主要指先进树脂基复合材料) 及其在航空航天中的应用进行评述与讨论. 1. 2

　先进复合材料的优越性 先进复合材料的高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计等优势已被世人所共识, 与传统材料相比, 复合材料具有如下特点: (1) 可设计性和各向异性。复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、

　抗老化等性能都可按照构件的使用或服役环境条件要求, 通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计手段, 最大限度地达到预期的目的, 以满足工程结构设计的使用性能, 同时由于复合材料具有各向异性和非均匀性, 可以通过合理的设计消除材料冗余, 最大程度发挥材料及结构的潜力和效率。

　(2) 材料与结构一体化。

　复合材料构件与材料是同时形成的, 一般不再由 “复合材料”加工成复合材料构件, 使之结构的整体性好, 大幅度减少零部件和连接件数量, 从而缩短加工周期, 降低成本,提高可靠性。

　(3) 复合效应。复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的, 但它不是几种材料的简单混合,而是按照复合效应形成的新的性能, 这种复合效应是复合材料仅有的,通过复合效应, 复合材料可以克服单一材料的某种性能缺陷。

　(4) 材料性能对复合工艺的依赖性。复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学变化,因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性较大, 同时也由于在成形过程中很难准确地控制工艺参数, 使其性能的分散性较大。

　(5) 多功能性和发展性。复合材料组成的多样性和随意性为复合材料具有除力学性能以外的许多功能(如声、光、电、磁、热等) 创造了条件, 使复合材料拥有吸波、透波、耐热、防热、隔热、导电、记忆、阻尼、摩擦、阻燃、透析等功能; 同时与其它先进技术相结合, 如与纳米技术结合发展的纳米复合材料, 与生物、医学科学相结合发展的生物复合材料, 与微机电、控制、传感技术等相结合发展的智能复合材料等, 赋予了先进复合材料新的内涵。随着先进复合材料研究、研制及应用的不断扩大, 其优越性能越来越得到充分发挥和扩大。

　1. 3

　先进复合材料已发展成为航空航天结构的基本材料 将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重20 %30 % , 这是其他先进技术很难达到的效果。

　美国NASA 的Langley 研究中心在航空航天用先进复合材料发展报告中指出, 各种先进技术的应用可以使亚音速运输机获得51 %的减重(相对于起飞重量) 效益, 其中, 气动设计与优化技术减重416 % , 复合材料机翼机身和气动剪裁技术减重2413 %, 发动机系统和热结构设计减重13. 1 % , 先进导航与飞行控制系统减重9 %[4 ] , 说明了先进复合材料的应用减重最明显。

　航空领域的材料体系更强调性能与可靠性的综合, 先进复合材料的应用不

　仅具有减重的效益, 而且还使飞机结构的其他性能得到提升。例如复合材料的气动剪裁技术可显著提高结构效率[5 ] ; 整体成形技术可有效减少连接, 提高结构可靠性, 降低成本; 复合材料耐腐蚀抗疲劳特点可降低维护成本。

　2

　先进复合材料的研发热点 2. 1

　原材料技术是先进复合材料研发的基础与前提 目前关于碳纤维的研究主要是提高模量和强度, 降低生产成本。使用的纤维先驱体仍然主要是PAN 和沥青纤维, 二者的用量比例约为6∶1 。一般来说, PAN 基碳纤维具有高强度, 而沥青基碳纤维具有高模量。但通过控制微观结构缺陷、 结晶取向、 杂质和改善工艺条件, 利用PAN 或沥青纤维均可获得高强/ 高模纤维。事实上到目前为止, 要稳定生产模量> 700 GPa 和强度> 5. 5 GPa 的高模高强碳纤维, 仍然是非常困难的。碳纤维的压缩强度较低, 离子注入技术可改善碳纤维的压缩强度,但这种工艺成本很高。

　2. 2

　新型复合材料是先进复合材料可持续发展的趋势与动力 新型航空航天器的发展不断追求高效能、低成本、长寿命、高可靠, 对其材料与结构的综合要求越来越高。

　为适应此应用需求, 一些新型复合材料应运而生, 在现有材料性能基础上继续挖掘先进复合材料潜力, 如超轻材料与结构技术力求轻上加轻,纳米复合使其强上加强, 多功能化追求功上加功。

　2. 2.1

　纳米复合材料 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学, 而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等诸多学科, 由于纳米材料体系具有许多独特的性质, 在实际应用和理论上都具有极大的研究价值, 应用前景广阔, 成为近些年来材料科学领域研究的热点之一, 被誉为21 世纪最有前途的材料。纳米复合材料已经成为先进复合材料技术的一个新增长点, 也是先进复合材料技术研究最活跃的前沿领域之一。纳米复合材料的超常特性使其在航空航天等领域具有广泛的应用前景。

　2. 2.2

　多功能复合材料与结构 从20 世纪50 、60 年代的复合型多功能复合材料到现在的多功能一体化复合材料, 多功能复合材料的发展历史已近40 年, 在这几十年中,不仅多功能复合材料的概念、结构和种类都发生了巨大变化, 而且其应用领域也由战略导弹扩展

　到卫星、航天飞机等各种宇航系统中, 多功能复合材料的发展为航天工业和武器系统的发展打下了坚实的基础。

　新兴的多功能一体化型复合材料从一问世即引起了广泛的重视, 20 世纪90 年代后, 美国军方特别注重多功能复合材料的研究与发展, 明确地指出该种材料在未来战争中将起到举足轻重的作用。多功能 复合材料的发展速度极快,材料种类也不断增多,材料的功能性也不断增强。其未来的发展方向是不断满足现有型号和各种新型号的需要, 努力提高功能性,即将尽可能多的功能集于某一种单一材料上. 2. 3

　设计/ 评价一体化技术是先进复合材料应用的重要支撑与保障 复合材料作为多相体(夹杂、基体、界面相等)材料, 其自身具有显著和丰富的细观结构特征, 因此其宏观性能和损伤、失效规律不仅取决于每一组分材料的特性, 同时还依赖于复合材料的细观结构特征, 其中包括夹杂(如纤维、晶须、颗粒、裂纹、空洞等) 的体积分数、形状、尺寸、分布规律及界面形式等[ 6 ] 。复合材料还具有材料2结构2工艺一体化的特征, 尤其对多向编织复合材料和纤维缠绕先进复合材料来说, 构件的材料和结构的设计与制造都包含组分材料2复合材料2结构三个层次上的同时性, 没有复合材料的成品或中间产品。

　因此, 对复合材料的研究必须采用“设计/ 评价”一体化的研究思想。

　3

　我国先进复合材料可持续研发与应用中急需解决的问题 3. 1

　国产碳纤维 碳纤维是最重要的增强材料, 我国碳纤维研发与生产中存在的几个问题: 原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。国外预测我国将成为最大的复合材料制造商和用户, 预计2010 年中国的需求量将占世界的1/ 4[7 ] . 3. 2

　低成本复合材料技术 我国在低成本复合材料技术方面也面临着很大的挑战, 尤其是在低成本制造技术方面。以某机翼研制为例, 碳纤维树脂基复合材料每千克成本为9600 元, 其中碳纤维约为1000 元, 树脂约为300元, 纤维和基体的成本在总成本中占有份额小于15 % , 设计成本小于5 % , 而制造成本却高达80 %。首先, 要继续发展低成本工艺技术, 如树脂传递模塑(RTM) 及其衍生工艺、 电子束固化和低温固化工艺等。同时, 发展制造过程优化以及工艺控制技术, 提高复合材料的性能稳定性,

　也是降低成本的重要手段。大幅降低成本, 提高制造效率的重要技术是自动化制造, 如自动纤维铺放技术等, 而我国先进的工艺装备还十分缺乏。

　3. 3

　先进复合材料及结构的设计理论与方法 我国首先要解决的是设计理念上的问题。主承力结构件上大量用复合材料, 需要设计师接受和信赖复合材料。其次是设计理论问题。复合材料的性能分散性 和环境依赖性使其设计问题相当复杂, 设计准则和结构设计值的确定还很保守再有就是数据积累的问题。复合材料的制备成本高、周期长, 性能测试难度大、费用昂贵。设计、制备、评价和使用过程中获得的每一个材料性能数据都弥足珍贵。因此, 建立长期的开放式的数据库系统十分必要。最后, 就是规范和标准问题。

　将复合材料的设计和鉴定文件化、 规范化, 使试验和分析更好地结合起来, 形成设计和鉴定的统一指南, 编制全行业的技术标准, 显著改进最终产品的一致性, 减小风险、 降低成本。

　典型的有MIL 2 HDB K217 的重新修订, 由FAA、 NASA 、军方和工业界共同组织200 多位专家重新修订出版其新3 卷本于1999 年完成。

　4

　结束语 新型航空航天器的先进性标志之一是结构的先进性, 而先进复合材料是实现结构先进性的重要物质基础和先导技术。

　我国将成为世界上先进复合材料的最大户, 却面临着国外的技术封锁及我国技术贮备的严重不足。因此, 实现我国先进复合材料研发和应用的可持续发展, 必须坚持自主创新, 解决原材料问题, 设计应用中的理论问题, 低成本技术问题, 政策支持问题。

　参考文献: [ 1 ]

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　Robert I M. Advanced composite st ructures research in Aus2t ralia [J ] .Composite St ructures , 2002 , 57 : 3 10. [ 4 ]

　Darrel T , Byron R P. Advanced composites development foraerospace applications [ EB/ OL ] . [ 2006 12 27 ] . http :// cite2seer . ist . psu. edu/ cache/ papers/ cs/ 29702/ ftp : zSzzSztechre2port s. larc. nasa. govzSzpubzSztechreport szSzlarczSz2001zSzmtgzSzNASA 2001 7sampe 2 drt . pdf/ advanced2composites2 devel2opme nt2for . pdf .

　[ 5 ]

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