航空航天材料课件.ppt

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目录
前言
航宇材料的特点
材料在航空航天的地位
航宇材料
1
2
3
4
结束语
5
航空与航天的发展是人类现代化的重要标志之一,也是一个的体现。当前大飞机的立项与神舟7号的成功,为国人长志气,为世人所瞩目,是我国宇航工作者的骄傲,也是材料工作者的光荣。
现仅就航空航天材料的一般情况进行介绍,以供参考。由于航空航天事业发展很快,对材料的需求也与日俱增,青年科学工作者继往开来,责重道远。
前言
航宇材料的特点
总要求
高质量
高可靠性
保障供应
价格因素
航空材料的特点
高性能(高比强度及比刚度,耐高温)
长寿命(抗疲劳,耐腐蚀与氧化、抗磨损、耐高温)
高可靠性(测试与质量保证的投入高)
投入或损失
可靠性
图1材料测试投入与报废率的关系
因再入温度可高达2000℃以上,用于军事目的的导弹还要求弹头材料耐更高温度和比强度。弹头减轻1kg,可增加15km的射程或相当于减少起飞重量50kg,下图为材料与导弹射程的关系。
射程(公里)
玻璃钢
芳纶
C/C复合材料
金属
图2导弹壳体材料与射程关系
此外,由于再入时温度过高,烧蚀材料发生电离,形成黑障及尾流,要求防热材料高纯度,碱金属或碱土金属含量要求很低。
0
材料性能(比强度、比刚度等)飞行器所收效益与飞行速度有关,因而飞行器材料的价格与飞行器的速度密切相关。
材料在航空与航天所处地位
图3飞行器每减重1公斤减重所取得的经济效益
汽车材料……………………….1
民航材料…………………100
军机材料………………150
空间材料………..1,500
以效能为重点
以价格为重点
图4不同材料使用性能与价格关系(价格VS效能)
由于材料、设计及动力装置的不断改进,以及机型的加大,波音飞机从波音707(1958)到747(1988),。
图6历代民机座·哩的油耗
燃油效率(每座·哩/加仑)
初始服役年份
客机从波音707到747,30年间


航空发动机是飞机的心脏,下表为历代发动机的主要参数及所用材料
航宇材料
表1国外军用发动机典型部件
现役机种(3代)
现役机种(4代)
预研机种(5代)
整
机
推重比
7-9
9-11
15-20
代表型号
F100,RB199
F119
压
气
机
增压比
20-30
35-40
65-75
出口温度(℃)
590
695
765
关键材料
钛合金、高温合金
TiAl,Ti合金高温合金
Ti合金、TiAl金属基复合材料
燃
烧
室
温升(℃)
800
1050-1150
1250-1350
关键材料
850℃镍基高温合金
1100℃镍基高温合金+陶瓷涂层
1540℃陶瓷基复合材料
高
压
涡
轮
进气温度(℃)
1350-1500
1550-1750
1800-2100
绝热效率

-

冷却
复合冷却
高效冷却
气膜冷却
关键材料
定向凝固或单晶叶片(1100℃)
粉末涡轮盘
单晶叶片+热障涂层
金属间化物(1200℃)
多孔层板
金属间化物复合材料C/C复合材料
推重比的不断提高要求材料的轻量化,高压涡轮温度的攀升是材料中的最大难点。除了采用耐高温材料以外,需要有效冷却。图7为美国宇航局对今后航空发动机材料的预测。
图7未来发动机材料预测
Ni基合金
Ti基复合材料
难熔
钢
Ni、Fe、Nb铝化物基复合材料
钛铝化合物基复合材料
碳基复合材料
钴基合金
高分子基复合材料
Al、Mg基复合材料
可以看出,今后TiAl基材料大幅增加,不耐氧化的碳基及难熔金属也将介入。