先进复合材料在航空航天领域的应用.ppt

先进复合材料在航空航天领域的应用
小组成员:王美玉、段静、康慧、孙荣波、
孙妍、陈鹏
先进复合材料在航空航天领域的应用

先进复合材料(posites Material,简称ACM),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。
背景:
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。
特点:
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(如放热、吸波等) , 是用于飞机、火箭、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。
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。
1、先进复合材料在大飞机上的应用
1) 空中客车 A 380( A i rbusA 380 ) 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,在当时世界上是最大的飞机。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(GLARE 纤维- 金属板)。
A380 的碳纤维复合材料构件包括襟翼、副翼、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 A 3 8 0 的机身上部采用了 G L AR E 交替层压而成, 我国又称之为超混杂复合材料。 G L AR E 层板与相应的铝合金比可减重2 5%~3 0% , 提高抗疲劳寿命1 0~1 5倍,效果可观。右图所示为 G L AR E层板示意图。
由于 C F R P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1 3%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%~20% , 成为第1个每位乘客每百公里耗油少于3 L的远程客机。
2)波音公司的B787飞机,又称为“梦想客机”,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% 。
2、先进复合材料在军用飞机上的应用先进复合材料在军用飞机上应用3 0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、前机身和机翼蒙皮等。 1)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3 5%~4 0% 。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8 5% , 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。
表2 为 B787所使用的材料比例
B787比此时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。
飞机制动盘
2)美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料:
F-22的结构质量系数为 % , 先进复合材料的用量已达到 25% 以上, 军用直升机用量达到 5 0% 以上。 H360、S-75、BK-117和 V-22等直升机均大量采用了复合材料。
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。