先进复合材料在未来飞行器中的应用

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1、第2卷第2期2011年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICAI．SCIENCEANDENGINEERINGV01．2MavNO．22011文章编号：1674—8190(2011)02-181—07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

2、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，Xi’an710072，China)Abstract：Amountofadvancedcompositematerials(ACM)usedintheaircraf

3、tstructurehasbecomeoneoftheadvancedsignsofaerospacestructuresdesign．ACMexcellentoverallperformancesufficesforfutureaircraftneeds．Inthisarticle，theapplicationsofACMonaerospacestructurealongthedevelopmentprocessissumma—rized，combiningwiththefutureaircraftdevelopmenttrend，thepossiblenewchall

4、engeornewopportunitiesoftheapplicationofACMtOfutureaircraftareforecasted．Keywords：compositematerials；futureaircraft；multi-physicscoupling；largedistortion；extremecondition0引言先进复合材料作为一种新型材料已经逐渐成为21世纪的主导材料之一。航空航天追求卓越性能的特点，使其率先成为先进复合材料技术实验和转化的战场，航空航天工业的发展和需求推动了先进复合材料的发展，而先进复合材料的发展和应用又促进了航空航天的

5、进步，在结构中的用量已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％--一30％，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：2010—09—07；修回日期：2011一01—11基金项目：国家自然科学基金(10872167)通信作者：郑锡涛，zhengxt@nwpu．edu．cn先进复合材料发展报告中指出，各种先进技术的应用可以使亚音速运输机获得51％的减重(相对于起飞重量)效益，其中

6、通过复合材料机翼机身和气动剪裁技术减重24．3％，通过发动机系统和热结构设计减重13．1％，通过先进导航与飞行控制系统减重9％，通过气动设计与优化技术减重4．6％，说明先进复合材料的应用减重最明显，已发展成为飞行器结构的基本材料。国际飞机复合材料结构重量百分比情况如图1所示[1]。年份图1飞机复合材料结构重量百分比情况Fig．1Weightpercentageofaircraftcompositestructure鼽唪I氍进腱鲋2卷1先进复合材料与未来飞行器概况复合材料(Composl吣s，(’ompn川(Malerlals)是指由两种或两种以I：具有不I可物理、化学性质

7、的材料，以微观、细观或宏观等不同的结构K寸与层次．经过复杂的空阳I组合而形成的一个材料体系。而先进复合材料(AdvancedCompositesMaterials，ACM)指的是在性能和功能上远远超出其斡质组分性能与功能的大类新材料．它们通常都是在不同尺度、不同层次上结构{5}汁、智t构优化的结果，融会贯通了各种咿质材料发展的最新成果．甚至产生了原单质根本不具备的全新的高性能与新功能，足可以替代金属的结构材料。先进复合材料按用途可以分为三种：结构复台材料、功能复合材料和智能复合材料。日前．结构复合材料占绝人多数．但功能复合材料