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1、第2卷第2期航空工程进展Vol2No22011年5月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2011文章编号:16748190(2011)0218107先进复合材料在未来飞行器中的应用郑锡涛,陈浩远,李泽江,李光亮(西北工业大学航空学院,西安710072)摘要:复合材料在飞行器结构中的用量已经成为航空航天结构的先进性标志之一,其优越的综合性能非常适应未来飞行器的发展趋势。文章概述了先进复合材料在航空航天结构应用中的主要发展历程,结合未来飞行器的发展趋势,预测
2、了先进复合材料在未来飞行器运用中可能带来的新挑战新机遇。关键词:复合材料;未来飞行器;多物理量耦合;大变形;极端环境中图分类号:TB332文献标识码:AApplicationofAdvancedCompositeMaterialstoFutureAircraftZhengXitao,ChenHaoyuan,LiZejiang,LiGuangliang(SchoolofAeronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072,China)Abstract
3、:Amountofadvancedcompositematerials(ACM)usedintheaircraftstructurehasbecomeoneoftheadvancedsignsofaerospacestructuresdesign.ACMexcellentoverallperformancesufficesforfutureaircraftneeds.Inthisarticle,theapplicationsofACMonaerospacestructurealongthedevelopmentprocess
4、issummarized,combiningwiththefutureaircraftdevelopmenttrend,thepossiblenewchallengeornewopportunitiesoftheapplicationofACMtofutureaircraftareforecasted.Keywords:compositematerials;futureaircraft;multiphysicscoupling;largedistortion;extremecondition先进复合材料发展报告中指出,各
5、种先进技术的应0引言用可以使亚音速运输机获得51%的减重(相对于起先进复合材料作为一种新型材料已经逐渐成飞重量)效益,其中通过复合材料机翼机身和气动剪为21世纪的主导材料之一。航空航天追求卓越性裁技术减重24.3%,通过发动机系统和热结构设计能的特点,使其率先成为先进复合材料技术实验和减重13.1%,通过先进导航与飞行控制系统减重转化的战场,航空航天工业的发展和需求推动了先9%,通过气动设计与优化技术减重4.6%,说明先进进复合材料的发展,而先进复合材料的发展和应用复合材料的应用减重最明显,已发展成为飞行器结又促进了航空航
6、天的进步,在结构中的用量已成为构的基本材料。国际飞机复合材料结构重量百分比[1]航空航天结构的先进性标志之一,其优越的综合性情况如图1所示。能非常适应需要摆脱地心引力飞翔的未来飞行器的发展趋势。减重是航空航天飞行器结构设计的永恒主题,将先进复合材料运用于飞行器结构可相应减重20%~30%,这是其他先进技术很难达到的效果。美国NASA的Langley研究中心在航空航天关于收稿日期:20100907;修回日期:20110111基金项目:国家自然科学基金(10872167)图1飞机复合材料结构重量百分比情况通信作者:郑
7、锡涛,zhengxt@nwpu.edu.cnFig.1Weightpercentageofaircraftcompositestructure182航空工程进展第2卷言,上述四类可视为先进复合材料中的传统品1先进复合材料与未来飞行器概况种,但在未来飞行器的设计中仍然具有广泛的应复合材料(Composites,CompositeMaterials)用前景。是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的2.1聚合物基复合材料材料,以微观、细观或宏观等不同的结构尺寸与层次,经过复杂的
8、空间组合而形成的一个材料体系。在战斗机和直升机上,先进聚合物基复合材而先进复合材料(AdvancedCompositesMateri料不仅是轻质高强的结构材料,经过研究改性后[5]als,ACM)指的是在性能和功能上远远超出其单还具有一定的隐身功能,可能实现结构/功能一体化,是未来飞行器
