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复合材料在国外航空航天领域的应用_京航泰(北京)科技有限公司

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复合材料在国外航空航天领域的应用

2019/09/24
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   由于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、耐烧蚀、透电磁波, 吸波隐蔽性、可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点,所以是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。

   自从先进复合材料投入航空航天应用以来,有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔2100号并试飞成功;第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机,这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门,用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器。在这架代表近代最尖端技术成果的航天飞机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料;第三件是使用了先进复合材料作为主承力结构,制造了可载80人的波音-767大型客运飞机,不仅减轻了重量,还提高了飞机的各种飞行性能。

   复合材料在这几个飞行器上的成功应用,表明了复合材料的良好性能和技术的成熟,对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。

   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,对提高飞机战术水平、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。

 

  近10年来,国内飞机上也较多的使用了复合材料。例如由国内几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,减重30%。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、阻力板、整流壁板等构件。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。