复合材料在航空航天的应用.docx

复合材料在航空航天的应用先进复合材料在航空航天的应用情况摘要:讨论了先进复合材料在航天飞机,航空发动机,机用雷达天线罩,航天隔热材料,航天卫星和宇航器,固体火箭发动机课题壳体,战略导弹等方面的应用情况。结合了航空航天应用阐明了先进复合材料未来的发展趋势,重点是提高耐热性,抗冲击韧性和发展低成本制造技术。 Abstract:positeinAviationandAerospace 关键词:先进复合材料;航天;航空;应用;国防;军工引言:复合材料与金属,高聚物,陶瓷并称为四大材料。今天,一个,已成为衡量其科技水平和经济实力的标志之一。而先进的复合材料专指可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。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维,碳纤维等。先进复合材料基复合材料等。主要应用部位为机翼,中机身蒙皮和隔热框,尾翼等。如今我国先进战斗机ACM用量也大大增加。近10a来,国内飞机上也较多的使用了ACM。例如由国内3家科研单位合作开发研制并生产QY8911/11T3双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其ACM以用于飞机前机身段、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所研制的Peek/As4c热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其ACM,具有抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性、和抗疲劳性能。适合制造飞机主承立构件,可在120摄氏度下长期工作,已用于飞机起落架航护板前蒙皮。在航空发动机上的应用美国通用电器飞机发动机事业集团和惠普公司,以及一些二次承包公司,都在用ACM取代金属制造飞机发动机零部件,包括发动机舱系统的许多部位推力反相器,风扇出风道导流片等都由ACM制造。如发动机进口气罩的外壳是由美国聚合物公司的碳纤维环氧树脂预混料叠铺而成。它具有耐177摄氏度高温的热氧化稳定性。壳表面光滑似镜面,有利于形成层流。又如FW4000型发动机油80个149摄氏度的高温空气喷口导流片,也是碳纤维环氧树脂浸预料制造的。在316摄氏度这一极限温度下的环境中,ACM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省2200美元。在机用雷达天线罩上的应用机用雷达罩是一种罩在雷达天线外的壳型结构,其使用性能要求透微波性能良好,能承受空气动力载荷作用并保持规定的气动外形,便于拆装维护,能够在严酷的飞行条件下正常工作,可抵抗恶劣环境引起的侵蚀,ACM具有优良的透雷达波性能,足够的力学性能和简便的成型工艺,使他成为理想的雷达罩材料。目前制作的雷达罩材料较多的采用的是环氧树脂和E玻璃纤维。玻璃纤维品种中还有空心的s-2纤维,其密度为/cm*3,制成的复合材料抗拉强度为还有一种低介电D-玻璃纤维,是一种硅硼纤维主要用于制造雷达罩,目的是改善电性能和减少电气厚度以及降低实心罩的质量。随着对雷达罩性能要求的不断提高,D玻璃纤维、石英玻璃纤维等增强材料及改性双马来亚胺树脂。DAIP树脂、氰酸脂等具有更好介质性能的ACM也投入了使用。石英纤维作为制作雷达罩材料在航天飞机、隐身飞机及导弹上已应用了数十a,其电性能优异,热膨胀系数为0,硬度高,用它代替以往的玻璃纤维,可以获得高性能的雷达罩。 ,还要求结构材料具有高比模量和高比强度,最好还兼具一些特殊的性能,如耐热,隔热等。由于ACM具有以上有点,被广泛应用于航空航天工业上。在防热方面的应用导弹,卫星及其他航天器在进入大气层时,防热是航天技术必须解决的关键问题之一,如果不采取一些措施,将像流星一样被烧毁。早在1950年代,美国就采用了石棉酚酞作为烧蚀放热材料,如“丘比特”中程导弹,苏联“东方号”飞船也是该种材料。在卫星和宇航器上的应用卫星结构的轻型化对卫星功能机及运载火箭的要求至关重要,所以对卫星结构的质量很严。国际通讯卫星VA中心推力筒用碳纤维代替铝后减质量23kg,可使有效载荷舱增加450条电话线路,仅此一项盈利就接近卫星的发射费用。我国在“风云二号”气象卫星及“神舟”系列飞船均采用了碳/环氧ACM做主承立构件,大大减轻了卫星质量,降低了发射成本。战略导弹的应用美国已采用JFRP作为弹头结构壳体、仪器舱等。据洛克希德导弹与宇航公司称,用碳纤维/环氧ACM制造的结构取代铝结构,可使结构配件减轻40%.另外ACM导弹发射筒在战略导弹和战术型号上被国外广泛采用。如美国战略导弹MX等。未来发展方向提高耐热性以发动机为例,材料耐高温性能越好,用它做出的发动机水平就越高。据研究发现:发动机工作温度每提高100摄氏度,他的推力就提高15%,由此可见耐高温树脂基体的研究是ACM应用的一个重要内容。降低制造ACM的成本随着冷战结束,各国国防开支减少,迫使制造