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樹(shù)脂基復合材料在航空航天的應用

時(shí)間:2020-05-26 05:05 閱讀:1262 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

樹(shù)脂基復合材料因具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性,發(fā)展前景廣闊。另外,樹(shù)脂基復合材料具有功能多樣化、成型過(guò)程簡(jiǎn)便、材料結構及性能可塑性強等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)、體育器材行業(yè)、機械電子制造業(yè)、航天工業(yè)以及煤礦工業(yè)等領(lǐng)域。隨著(zhù)最近幾年經(jīng)濟的快速增長(cháng),樹(shù)脂基復合材料的用途也越來(lái)越廣泛,深受制造行業(yè)的青睞。

采用復合材料可實(shí)現武器系統的輕量化,從而提高快速反應能力,并在高威力、大射程、精確打擊等方面起到巨大作用,尤其在以航空為主的國防工業(yè)已得到普遍應用。目前采用復合材料制造的零部件現已成為航空、航天、兵器、船舶等國防產(chǎn)品結構的主要組成部分。

軍事領(lǐng)域

? ? 為滿(mǎn)足新一代戰斗機高機動(dòng)性、超音速巡航及隱身的要求,進(jìn)入20世紀90年代以后,美國戰機無(wú)一例外都大量采用了復合材料機構,用量一般都在20%以上,有的甚至高達35%,結構減重效率達30%。目前世界先進(jìn)軍機中復合材料用量占全機結構重量的20%-50%不等,主要應用復合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、機翼、中前機身等。

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民機領(lǐng)域

? ? 民用飛機更加考慮飛機的安全性和經(jīng)濟性,因此在復合材料的應用上比較謹慎。但隨著(zhù)復合材料技術(shù)的進(jìn)步和制造成本的降低,20世紀70年代開(kāi)始,民機也逐步開(kāi)始使用復合材料部件。與軍機類(lèi)似,民機復合材料的部件也從小承力構件向主承力構件發(fā)展。因為材料的選擇將直接影響到飛機的購買(mǎi)費用(原材料費用和加工成本)、燃油費用(飛機重量)和維護費用(檢查和維修),所以在民用飛機的設計當中,對材料的選擇非常關(guān)鍵。民機的選材將直接影響民機的運營(yíng)費用。用樹(shù)脂基復合材料制造飛機部件比傳統航空材料通常減重20%-30%,使用和維護成本比金屬材料低15%-25%。

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? ? 除了費用以外,安全因素也是民用飛機設計選材時(shí)必須考慮的重要因素,任何一種新材料在民用飛機上的應用都是漫長(cháng)的(常為5-10年)和昂貴的(為常用材料的1-5倍)。但是,航空安全對材料性能的苛刻要求又促使先進(jìn)材料的發(fā)展,迫使工業(yè)界采取最先進(jìn)的制造技術(shù)來(lái)提高材料的性能和降低成本。民用飛機中復合材料部件的使用率一直在不斷增加。

直升機

直升機對復合材料應用非常顯著(zhù)。軍用、民用和輕型直升機均大量應用碳纖維復合材料,的直升機復合材料用量已達到結構重量的40%-60%。例如,美國武裝直升機科曼奇(RAH-66)的復合材料使用量為50%;歐洲NH-90直升機的復合材料使用量達到80%,接近全復合材料結構。
V-22旋翼飛機是一種新型的飛行結構,可以垂直起降,傾旋轉翼后又能高速巡航,復合材料使用量為51%,包括機身、機翼、尾翼、旋轉機構等均為復合材料制成,也是一個(gè)全復合材料的飛機。

航空發(fā)動(dòng)機

? ? 隨著(zhù)航空發(fā)動(dòng)機性能不斷提高,特別是質(zhì)量不斷減輕,在依靠整體葉盤(pán)、整體葉環(huán)、空心葉片和對轉渦輪等新穎結構的同時(shí),還將越來(lái)越多的依賴(lài)于高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的先進(jìn)復合材料。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗和經(jīng)驗積累,航空發(fā)動(dòng)機上越來(lái)越多的部件采用復合材料部件,而且各國紛紛都向這個(gè)方向努力。


火箭發(fā)動(dòng)機

? ? 纖維增強復合材料具有放熱、隔熱、耐高溫等特性,廣泛的應用于航天工業(yè)上。例如,在防熱方面,高強度玻璃纖維樹(shù)脂基復合材料可以用作多管遠程***和空空***結構材料和耐燒蝕隔熱材料,實(shí)現了噴管收斂段、擴張段和尾翼架整體化,大大減輕了武器質(zhì)量,提高戰術(shù)性能。

衛星通信

? ? 在衛星和航天器上,美國和歐洲的衛星結構質(zhì)量不到總質(zhì)量的10%,原因就是廣泛使用了先進(jìn)復合材料。目前,衛星的微波通信系統、能源系統和各種支撐結構件基本上實(shí)現了復合材料化。


艦船領(lǐng)域

? ? 艦船復合材料技術(shù)也有迅速的發(fā)展,已基本達到了實(shí)際應用水平,簡(jiǎn)化制造、降低成本成為當前技術(shù)的重點(diǎn)。美國海軍裝備已經(jīng)大量應用復合材料,例如“福特”號航母、“弗吉尼亞”級潛艇、DDG1000驅逐艦等。英國海軍的45型驅逐艦也安裝了夾芯結構復合材料的綜合桅桿,具有隱身、減少天線(xiàn)維護等;英國“機敏”級潛艇泵噴推進(jìn)器的導管也采用了纖維增強泡沫夾芯復合材料。


? ? 先進(jìn)樹(shù)脂基復合材料在航空工業(yè)中的應用是技術(shù)推動(dòng)、成本降低等方面取得的重大進(jìn)展,先進(jìn)樹(shù)脂基復合材料在航空工業(yè)中的應用更加廣泛,從而提高了軍民用飛機及發(fā)動(dòng)機的技術(shù)性能和經(jīng)濟性能;另一方面新一代軍民用飛機及發(fā)動(dòng)機的發(fā)展又對材料性能提出了更高的要求,迫使工業(yè)界采取最先進(jìn)的設計和制作技術(shù)來(lái)提高材料的性能和降低成本,從而又促使先進(jìn)樹(shù)脂基復合材料的發(fā)展。


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