先进复合材料在航空航天的应用情况

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1、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:ThepresentsituationoftheApplicationofAdvancedcompositeinAviationandAerospace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，一个国家或地区的复合材料工业水

2、平，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。0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(AdvanceCompositesACM)在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如，军用军用飞机和卫星，要又轻又结实。这些苛刻的要求，只存借助新材料技术才能解决。ACM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，防热，隔热，隔音，减振等特点，是应用于航空航天的理想材料。1.国内外应用概况1.1在航空飞机上的应用飞机用ACM经过40a的发展，己经从最初的非承力构

3、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。目前己进入成熟应用期，对提高飞机战术技术水平的贡献，可靠性，耐久性已无可置疑。其设计，制造和使用经验已日益丰富。迄今为止战斗机使用的ACM占所用材料总量的30%左右，新一代战斗机将达40%；直升机和小型飞机ACM用量将达70%〜80%左右，甚至出现全ACM飞机。“科曼奇”直升机的机身右30%是由ACM制成的，但仍计划通过减轻机身前下部质量，以及将ACM扩大到配件和轴承中，以使再减轻其15%的质量。“阿帕奇”为了减轻质量，将采用ACM代替金属机身。使用ACM,未来的联合运输旋转翼飞机的成本将减少6%，航程将增

4、加55%，或者载荷增加36%。以典型的第四代战斗机F/A-22为例，用量为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，热固性复合材料为双马来酰亚胺树脂（BMI，简称双马）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家科研单位合作幵发研制并生产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。由北京航空材料研宄所研制的Peek/As4c热塑性树脂单向碳纤维预浸料

5、及其ACM，具有抗断裂軔性、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，己用于飞机起落架航护板前蒙皮。1.2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。它具存耐177摄氐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

6、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，喷气客机质景每减轻1kg，飞机在整个使用期限内即可省2200美元。1.3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具右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1.8g

7、/cm*3,制成的复合材料抗拉强度为1.5Gpa.还有一种低介电D-玻璃纤维，是一种硅硼纤维（72%〜75%的sio2,23%的B2O3）主要用于制造雷达罩，II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來亚胺树脂。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、隐身飞机及导弹上己应用了数十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