航空航天復合材料現狀及發展前景

唐聯洲(黑龍江省實驗中學, 黑龍江 哈爾濱 150001)

航空航天復合材料現狀及發展前景

唐聯洲(黑龍江省實驗中學, 黑龍江 哈爾濱 150001)

航空航天復合材料具有強阻力，高強度，高剛度，耐疲勞性。它已經在航空領域得到廣泛應用。復合材料在航空領域的崛起，經歷了從簡單的承重部件到一個結構復雜的發展過程，并將繼續探究具有多功能一體化結構的高性能，多功能和智能化的先進復合材料。本文中，探討了航空航天復合材料的發展現狀及前景。

航空航天;復合材料;應用

1 復合材料概述

在航空航天領域中，使用的高性能復合材料快速發展，復合材料更廣泛地用于航天器的各種結構組件(例如導彈罩等)。復合材料的高性能新材料組成，通過一個特殊的模制過程復合兩種或更多種異構異質材料。復合材料的目的是滿足所需的材料性能。復合材料基于復合材料和功能陸續應用在航天領域。目前和未來20～30年，將發展用于制造飛機結構部件(CFRP)的碳纖維增強樹脂復合材料。 在結構/功能集成和復合材料基礎上，將發展智能結構，滿足更先進的航天器的要求。

2 復合材料發展現狀

(1)國外復合材料現狀 對于國內外復合材料的研究，分成兩類，包括聚合物基復合材料和金屬基復合材料聚合物基。復合材料性能好，得到了研究人員的肯定。使用樹脂基復合材料制造飛機零部件比傳統結構材料好，可以使飛機重量減輕20%～30%,維修成本費用也很低。樹脂基復合材料的飛機還有隱形的能力,正確的設計使得樹脂基復合材料的飛機其雷達反射截面變小,吸波性能提升。法國，意大利供應AT7R2翼碳纖維環氧樹脂復合材料，和副翼，方向舵，機艙內部，所述環氧樹脂組合物增強的30%的芳族聚酰胺的整流罩重量減少15%。聚合物復合材料，與增強纖維的特性密切相關，對于兩個復合材料的研究，認為可以增強其碳纖維特性。金屬纖維增強包括含有化合物如鋁的金屬復合材料。陶瓷纖維主要是由氧化鋁，碳化硼，氧化硅，由硼和碳化硅構成。對金屬的復合材料的溫度特性及低膨脹系數的研究，應用會很廣泛。

(2)國內先進復合材料的發展現狀 目前，我國復合材料研究的技術水平逐步提高，取得了不錯的成績，樹脂與玻璃纖維的技術不斷更新，以適應產品的需求；復合材料的生產力得到提高，一些廠家提高自身實力，降低成本，已經被同行業的其他公司所接受。碳纖維、硼纖維是業界的基本材料中的提高聚合物復合材料，開始逐漸使用。中國在生產、研究與國外先進水平的復合材料的發展業績相比之下，還有一定的差距。我國現有復合材料比比國外總量低得多。但我國成功研制的大型民用飛機其復合材料使用概率能達到16%，表明通過上述可查數據能獲悉，我國使用先進符合材料在航空航天領域的應用正在逐步呈現上升態勢。

3 航空航天復合材料的應用

(1)軍機應用 在20世紀60年代，美國軍事發動機的第一碳纖維在整流罩和副翼使用。在80年代初，例如F-15，F-16，開發了在垂直和平尾兩個組分，如F-18，幻影4000和幻影2000機翼使用復合材料，復合材料被應用主要的承重結構。在80年代后期，美國推出的第四代戰機F-22，飛機承重結構的機身是復合材料，使用復合材料的用量速度快，該復合材料的量目前占飛機結構的20%到50%。用于制造熱樹脂復合材料(聚酰亞胺)，在操作溫度250至350℃一些飛機發動機結構中，如果發動機是冷端，風扇定子葉片的主導管外殼用于轉子，容納外殼和機艙，發動機葉片組件，并且包括一個推力反向器。

(2)民機應用 對于安全性和可靠性，民用飛機要求大。復合材料以確保穩定性和相關的試驗數據處理，材料特性的度量，作為一種新的類型，它的發展有悠久的歷史。復合材料在軍事的運用從開始到應用在主體結構,已經有10多年的歷史了,并且在民用飛機上的應用從20世紀80年代到現在的廣泛應用,已經經歷了30多年。

4 復合材料在航空領域中的發展前景

飛機的制造水平和優良復合材料的運用有很大的關聯，飛機開發和試點技術的物質保障是復合材料。在此基礎上，我國加大了相關研究領域的力度，總體效果更好。(1)智能化 復合材料智能化，它能夠被應用到更廣泛的航天器智能復合材料的外表面。在未來一段時間內的需求，飛機外表面加傳感器裝置，外圍環境的實時監測，以及通信，使用電子設備和其它飛機系統，保證飛機在某些情況下平穩操作。(2)質量輕及性能高 我國復合材料整體表現結構性能差。在以后的發展中，我們需要加強復合材料的實力和韌性，研發出良好的高強度和韌性的重量輕的復合材料。(3)多功能化 為了提高航天飛行器的功能，提高航天飛行器的使用壽命，必須通過多功能復合材料的應用來實現，為此，必須強化多功能材料的研發力度。(4)低成本 航天業發展的最大限制原因是復合材料是昂貴的。我們需要關心復合材料的產出，以及科學合理的生產，在加工材料的結構和規模的制造過程中，把重點放在用于進行自動控制模式，采用先進的控制技術改善材料的生產效率。這也是對于提高復合材料效率和減少成本的關鍵。

5 結語

新材料的開發和應用在很大程度上反映了一國國防和科技研究水平。結構的先進性是新航天器的標識，先進的復合材料是實現結構先進性的重要基礎和領先技術。將來中國將成為世界上最先進的復合材料大國，但面對中國技術儲備嚴重稀缺和國外先進技術飛躍發展等問題的考驗，所以要實現中國的可持續發展，需要大力開展先進復合材料開發，堅持自主創新，解決問題。

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[3]陳博.復合材料發展現狀要略[J].高科技纖維與應用.2012,(06).