航空航天复合材料技术发展现状
8高性能复合材料发展现状与发展方向

8高性能复合材料发展现状与发展方向高性能复合材料是一种由两种或更多种不同物质组成的材料,具有比单一材料更优异的性能。
随着科技和工业的发展,高性能复合材料在各个领域得到了广泛应用,如航空航天、汽车、建筑、电子等。
本文将对高性能复合材料的发展现状和发展方向进行探讨。
目前,高性能复合材料在航空航天领域的应用最为广泛。
例如,碳纤维复合材料在飞机制造中得到了广泛应用,能够显著减轻飞机自重,提高燃油效率。
此外,高性能复合材料还具有高强度、高刚度、耐热性好等特点,可以用于制造发动机零部件、导弹、卫星等。
此外,高性能复合材料还在广泛应用于汽车制造,如碳纤维增强聚合物复合材料可以减轻汽车的重量,提高燃油经济性。
在高性能复合材料的发展方向方面,需要进一步提高材料的性能和制备工艺。
首先,需要加强对高性能纤维的研发,开发新型纤维材料,提高其强度和热稳定性。
同时,还需要研究新型基体材料,改善材料的耐腐蚀性、耐磨性以及耐高温性能。
其次,需要改进复合材料的制备工艺,提高材料的成型效率和质量稳定性。
例如,可以探索新型的层压技术、自动化制造和快速固化方法,以提高生产效率和降低制造成本。
另外,高性能复合材料的再生利用也是一个重要的发展方向。
目前,复合材料的废弃物处理成本较高,而且对环境造成负面影响。
因此,研究人员需要寻找有效的再生利用方法,将废弃的复合材料回收再利用。
例如,可以通过热解、化学回收等方法将复合材料分解成其原始组分,进行再利用。
此外,高性能复合材料的多功能化也是一个重要的发展方向。
传统的复合材料通常具有单一功能,例如强度高、刚度高等。
而多功能材料在具备传统功能的基础上,还具有其他新的功能,如导电、阻燃、自修复等。
多功能复合材料可以在不同领域展现出更广泛的应用前景,例如用于电子器件、传感器等。
总体而言,高性能复合材料的发展方向主要包括提高材料性能和制备工艺,进一步推动复合材料的再生利用以及实现多功能化。
未来,随着科技和工业的不断进步,高性能复合材料有望在更多领域得到应用,为人类社会的发展做出更大贡献。
复合材料技术的研究现状与发展趋势

复合材料技术的研究现状与发展趋势复合材料技术在过去几十年中有了较大的发展,创造了大量的应用场景,也极大地推动了相关行业的进步。
本文将从研究现状以及未来的发展趋势两个方面来探讨复合材料技术的发展。
一、研究现状1.复合材料的定义复合材料是指将两种或两种以上不同材料结合在一起所形成的材料,通过对其进行复合,可以有效提高其力学性能和其他性能指标。
2.制造复合材料的方法目前制造复合材料的方法有很多种,其中最常见的方法是:手工铺层法、机器成型、自动复合机材法、自动纺织机法等。
每种方法都有其特点和适用范围。
3.复合材料的应用复合材料的应用领域非常广泛,如航空航天、汽车、船舶、建筑、电子等领域。
例如,碳纤维复合材料被广泛应用于航空领域中,可以制作轻量化的飞行器部件,如机翼、尾翼、机身等。
4.复合材料的优缺点复合材料具有较高的强度、刚度和韧性,同时还具有重量轻、易成型、良好的耐腐蚀性等优点,因此得到了广泛的应用。
但是,相对于传统材料来说,复合材料的成本较高,并且其开发和制造过程中还存在一些技术难点。
二、发展趋势1.材料的多样化和复合材料的集成在未来的发展趋势中,复合材料材料的多样化和复合材料的集成将是其中的关键点。
由于不同的材料具有不同的特性,因此它们可以用于不同的应用领域。
例如,钛合金和钢可以用于制造大型飞行器,而纤维素和树脂可以用于制造家具和纸质制品。
2.制造过程的自动化和数字化制造过程的自动化和数字化也是未来发展的重要方向。
通过在制造过程中引入自动化和数字化技术,如3D打印技术,可以提高制造效率和质量,同时降低成本。
3.绿色复合材料的开发随着环保意识的不断提高,绿色复合材料的开发也将成为一个重要的方向。
目前已有一些绿色复合材料得到了广泛应用,如生物基复合材料和可降解的聚酯复合材料等。
这些材料既具有较高的性能,又能够快速降解,并对环境产生较小的污染。
4.应用领域的扩大未来,复合材料的应用领域也将不断扩大。
例如,目前一些复合材料已经被用于制造电池、太阳能电池板和医疗器械等领域。
新型材料在航空航天领域的发展现状与未来展望

新型材料在航空航天领域的发展现状与未来展望航空航天行业一直是科技创新的重要领域之一,而新型材料的应用正不断推动着航空航天技术的发展。
新型材料的出现使得飞机和航天器的性能有了质的飞跃,提高了安全性、降低了成本,并为未来的发展提供了无限的可能。
在过去,航空航天领域主要使用铝合金和钛合金等传统材料。
然而,随着科技的发展,一些新型材料开始蓬勃发展,并逐渐应用于飞机和航天器的结构中。
最具代表性的是复合材料,如碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料。
这些材料具有优良的强度和轻质化特性,能够极大地减轻飞机和航天器的重量,提高载荷能力和燃油效率。
复合材料在空中客车A350、波音787梦幻飞机等商用飞机中的应用广泛。
以A350为例,它使用了53%的复合材料,使得飞机整体重量减轻了25%。
这不仅降低了燃料消耗,还提升了飞机的航程。
类似地,波音787的机身和机翼也使用了大量的复合材料,使得飞机具有更好的强度和刚度,减少了疲劳裂纹的产生。
除了复合材料,新型金属材料也在航空航天领域取得了长足的进展。
比如镍基合金和钛铝合金等材料,具有优异的高温和耐腐蚀性能,很适合用于发动机涡轮叶片和航天器的结构部件。
此外,新型陶瓷材料也被应用于高温部件,如航天器的热防护瓦片和发动机的热隔离板,能够有效地保护结构不受高温气流和火焰侵蚀。
未来,新型材料在航空航天领域的应用将继续拓展。
随着人类对宇宙探索的热情不断升温,航天器的需求将越来越大。
为了达到更高的飞行速度和更远的航程,超轻型材料和高温材料的需求将不断增加。
此外,智能材料和柔性材料也将成为未来的发展方向。
智能材料能够感知环境变化并做出相应的响应,具有巨大的潜力应用于航天器的自适应控制。
柔性材料则能够适应不同形状和变化的应力,对于增加飞机和航天器的结构韧性和抗损伤能力具有重要意义。
然而,新材料的应用也面临一些挑战。
首先,新材料的研发和生产成本较高,对航空航天公司和制造商提出了更高的要求。
航天动力复合材料技术发展现状及设想

航天动力复合材料技术发展现状及设想+增大字体-复位著名科学家师昌绪院士在北京科技大学举办的“中国材料名师讲坛”上讲到:材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平;航空、航天、空天三大领域都对材料提岀了极高的要求;材料科技制约着宇航事业的发展。
固体火箭发动机以其结构简单,机动、可靠、易于维护等一系列优点,广泛应用于武器系统及航天领域。
而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之一。
在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标,目前已拓展到液体动力领域。
科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合,做到了需求牵引带动材料技术发展,同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。
目前,航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。
作为我国固体动力技术领域专业材料研究所,四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平,突破了我国固体火箭发动机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关,为我国的固体火箭发动机事业作岀了重要的贡献,同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的提高。
建所以来,先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机,气象卫星风云二号远地点发动机,多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。
目前,四十三所正在研制多种航天动力先进复合材料部件,研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。
二、国内外技术发展现状分析1、国外技术发展现状分析1.1结构复合材料国外发动机壳体材料采用先进的复合材料,主要方向是采用炭纤维缠绕壳体,使发动机质量比有较大提高。
如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机(SICBM-1、-2、-3)燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A环氧树脂缠绕制作,IM-7炭纤维拉伸强度为5300MP©HBRF-55A环氧树脂拉伸强度为84.6MPa,壳体容器特性系数(PV/W©》39KM美国的潜射导弹“三叉戟II (D5 ”第一级采用炭纤维壳体,质量比达0.944,壳体特性系数43KM其性能较凯芙拉/环氧提高30%。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势

1、高强度、高刚度
先进复合材料具有高强度、高刚度的特点,能够承受较大的载荷,并保持结 构的稳定性。
2、重量轻
先进复合材料的密度较低,相较于传统金属材料,其重量轻可达50%-70%。
3、耐腐蚀性强
先进复合材料具有较好的耐腐蚀性,可以在各种恶劣环境中长期使用。
4、可设计性强
先进复合材料可以通过不同的工艺和组合方式,实现各种不同性能和功能的 材料设计。
航空航天先进复合材料研究现 状及发展趋势
目录
01 一、走进航空航天复 合材料
02 二、航空航天先进复 合材料的研究现状
03 三、航空航天先进复 合材料的发展趋势
04 四、总结
05 参考内容
随着航空航天技术的飞速发展,对材料的要求也日益苛刻。作为一种新兴的 材料,先进复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。本次演示将介绍航空航 天先进复合材料的研究现状及其发展趋势。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、智能化
未来先进复合材料将朝着智能化方向发展,实现材料的自我感知、自我修复、 自我控制等智能化功能,提高材料的使用效率和安全性。
4、广泛应用化
随着先进复合材料制备技术的不断完善和成本的逐渐降低,未来先进复合材 料将广泛应用于各种领域,包括航空、航天、汽车、船舶、电力、医疗等。
四、结论
先进复合材料作为一种新兴的材料,具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀 性强和可设计性强等特点,在航空航天领域有着广泛的应用前景。未来,随着科 技的不断发展和技术的不断完善,先进复合材料将朝着高性能化、绿色环保化、 智能化和广泛应用化方向发展。相信在不久的将来,先进复合材料将在航空航天 领域发挥更大的作用,推动航空航天事业的不断发展。
4.跨领域合作与交流
中国复合材料发展现状及趋势

中国复合材料发展现状及趋势复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的一种新型材料,具有轻质、高强度、耐腐蚀和抗冲击等多种优点。
近年来,随着国家对高科技产业的重视和支持,中国复合材料行业取得了长足的发展,现状和趋势如下。
一、现状1.常规材料普遍应用:目前,中国的复合材料应用领域广泛,主要应用于航空航天、轻工机械、交通运输、建筑装饰等领域。
例如,航空航天领域中的民用飞机结构和部件、太空航行器热防护、导弹和航天器外层壳体等都广泛采用复合材料。
2.发展水平不高:与国际先进水平相比,中国的复合材料发展水平还有一定差距。
一方面,国内少数企业能够生产出高性能复合材料,但规模较小,无法满足国内市场需求;另一方面,大部分企业仍处于低端产品生产阶段,缺乏核心技术和自主创新能力。
3.制约因素仍存在:复合材料的高成本、研发难度大和生产工艺复杂等因素限制了行业发展。
此外,缺乏高端设备和技术人才也是中国复合材料产业发展的制约因素之一二、趋势1.高端产品增长:随着技术的不断进步和产业升级,中国复合材料行业将逐渐向高端产品迈进。
例如,在航空航天领域,国内企业开始积极研发复合材料航空发动机叶片和机身部件,朝着高性能、大规模应用的方向发展。
2.绿色环保素材:随着环境保护意识的加强,绿色环保复合材料将成为行业的发展趋势。
例如,可生物降解复合材料在包装、塑料制品等领域的应用将得到广泛推广。
3.技术创新驱动:为了提高自主创新能力和国际竞争力,中国复合材料行业将加大技术研发力度。
例如,研究新型复合材料的结构、工艺和性能,以及在生产过程中的新技术和设备的引进和应用。
4.同行业协同发展:中国的复合材料企业将加强与其他相关行业的合作,实现资源共享和优势互补。
例如,与航空、汽车、建筑等行业合作,提供定制化的解决方案和产品,共同推动产业发展。
5.国际市场拓展:中国复合材料企业将积极拓展国际市场,加强与国际知名企业的合作与交流。
通过引进国际先进技术和开展国际合作研发,提高技术水平和产品质量,同时提升国际竞争力。
航空航天技术的发展现状与未来发展趋势
航空航天技术的发展现状与未来发展趋势近年来,随着科技的不断进步和人们对空中交通的要求与日俱增,航空航天技术发展迅速并逐渐成为人类社会前进的重要推动力。
本文将就航空航天技术的发展现状和未来发展趋势进行探讨。
一、航空航天技术的发展现状1. 飞行器制造技术的进步随着制造技术的革新和材料科学的突破,飞行器制造技术不断改进。
由传统的铝合金材料发展到复合材料和先进的3D打印技术应用,这为飞行器在稳定性、燃料效率和舒适性方面都带来了显著的提升。
2. 自动化飞行系统的应用自动化飞行系统是近年来航空领域的重要突破,它极大地增强了飞行安全性和操作效率。
自动驾驶技术不仅应用于商业航班,而且在军事和科研领域也发挥着重要作用。
预计未来还将进一步发展出自主飞行的无人机和载人航天飞行器。
3. 航空航天发动机的创新航天技术的发展除了制造技术的进步外,推动力系统的创新也是关键因素。
燃料经济性、推力和减少对环境的污染是发动机设计的主要考虑因素。
航空领域正在积极研究使用更为环保的燃料,如生物燃料和氢燃料电池等,以减少对大气的污染和气候变化的影响。
二、航空航天技术的未来发展趋势1. 超音速和超超音速客机的发展目前,超音速飞行仅限于军事和科研领域,但随着技术的进步,超音速和超超音速客机将逐渐进入商业领域。
这将使长途飞行时间大幅缩短,提高旅行效率,但同时也需要克服飞行速度带来的挑战,如噪音和空气阻力的问题。
2. 空天交通的发展随着城市化进程的加速和人口的增长,地面交通压力将进一步增加。
因此,空天交通将成为解决未来交通问题的有效手段。
无人机和飞行车辆的商业化应用将逐渐普及,并开辟了其他科技公司和航空航天企业参与的新领域。
3. 太空探索与移民人类对太空探索的热情从未减退,随着技术的进步,太空探索将进入新的发展阶段。
除了继续深入探索太阳系和外星行星外,人类甚至开始考虑在其他天体上建立永久居住点。
目前,一些私人公司已经开始了私人太空旅行和太空移民的计划,这将给人类带来更大的空间和发展机遇。
航空航天材料发展现状
航空航天材料发展现状
航空航天材料是指在航空航天领域中使用的各种材料,包括金属材料、复合材料、陶瓷材料等。
航空航天材料的发展一直以来都受到广泛的关注和重视,因为材料的性能和质量直接决定了航空航天器的飞行性能和安全性。
随着航空航天技术的不断发展,对航空航天材料的要求也日益提高。
其中一个重要的趋势是重量的减轻。
轻量化是航空航天器设计的重要考虑因素之一,因为减轻飞行器的重量可以提高飞行性能,降低燃料消耗,并延长飞行器的寿命。
为了实现轻量化,航空航天材料的研发致力于开发新型材料,如高强度轻型金属合金、碳纤维复合材料等。
另一个重要的发展方向是提高材料的耐温性能。
航空航天器在飞行中会经历高温、低温等极端环境,因此需要材料可以在极限条件下工作。
为了满足这一需求,航空航天材料的研发倾向于开发耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能优良的材料,如高温合金、耐腐蚀陶瓷等。
同时,航空航天材料的研发也致力于提高材料的强度和刚度。
高强度和高刚度的材料可以增加航空航天器的结构稳定性,提高飞行性能和安全性。
为此,近年来出现了许多新型材料,如双金属复合材料、纳米材料等,这些材料具有优越的力学性能。
除了上述发展方向外,航空航天材料的研发还在不断探索其他领域,如节能减排、环保性能等。
由于航空航天器的燃料消耗和排放对环境造成了一定的影响,因此需要开发新型材料来减
少能源消耗和环境污染。
总的来说,航空航天材料的发展现状是多个方面的发展,包括轻量化、耐温性能、强度刚度等。
未来,航空航天材料的研发将继续朝着提高性能、降低成本、环保节能等方向努力,以满足航空航天技术的快速发展和需求。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势航空航天先进复合材料是用于航空航天领域的高性能材料,由于其优
异的机械、物理和化学性能,在现代航空航天技术中得到了广泛应用。
这
种材料通常由纤维增强聚合物基体组成,具有高强度、低密度、高刚度、
耐热性和抗腐蚀性等特点,因此被广泛用于制造飞机、导弹、航天器等。
目前,航空航天先进复合材料的研究主要集中在以下几个方面:
1.复合材料制备技术:包括预浸料、热成型、自动化制造等多种技术,目的是提高复合材料的质量和生产效率。
2.复合材料性能研究:包括复合材料的强度、刚度、热膨胀系数、热
传导率、阻燃性等多个方面的研究,以满足不同的使用需求。
3.复合材料的形态和结构控制:包括复合材料的制备、表面处理、氧
化层控制、纤维方向控制等多个方面的研究,以控制复合材料的性能和使
用寿命。
4.复合材料的性能评估:通过实验测试和数学建模,评估复合材料的
机械、物理和化学性能,并为材料的应用提供理论依据和技术支持。
未来,航空航天先进复合材料的研究将继续在以上几个方面进行深入
探索,同时还将面临新的挑战和机遇。
例如,需要开发更高性能的复合材料,实现更低成本的生产技术,探索新的材料组合和形态,以适应不断发
展的航空航天技术的需求。
航空航天新材料研究报告
航空航天新材料研究报告随着人类社会的不断发展,航空航天技术也在不断进步,新材料的研究变得越来越重要。
本报告将就航空航天新材料的发展现状、存在的问题以及发展的前景进行综述,以期更好地利用这些新材料,为航空航天技术的发展提供参考。
一、航空航天新材料的发展现状近年来,随着科学技术的不断进步,航空航天新材料受到了越来越多关注,新材料的发展逐渐成为研究者们关注的热点。
现在,航空航天新材料的研究包括:结构材料,包括金属材料、复合材料和大分子材料;功能材料,包括电子、磁性、智能和生物学材料等;能源材料,包括储存材料和能量转换材料;以及其他新型材料,如智能建筑材料、结构变形材料等。
二、存在的问题目前航空航天新材料研究还处于起步阶段,存在许多问题,如材料性能、使用寿命和可靠性等方面的问题。
第一,部分新材料的性能不稳定,受环境因素和其他因素的影响,材料性能会发生明显变化,影响其使用效果;第二,部分新材料的使用寿命太短,不能满足航空航天技术要求,也不能解决具体实际应用问题;第三,部分新材料的可靠性不够,即使进行严格的质量控制和测试,也无法保证使用过程中的可靠性。
三、发展前景尽管航空航天新材料研究存在许多问题,但未来可期。
随着科学技术的发展,人们能够利用有机化学、物理化学和其他技术,对新材料进行改良和改进,提高其性能、使用寿命和可靠性,使之能够满足航空航天技术的要求,为航空航天技术的发展提供支持。
综上所述,航空航天新材料的发展前景是可以期待的,但由于科学技术的发展以及新材料的复杂性考虑,仍需要进一步的研究和实践,才能使新材料发挥出更大的作用。
这是对航空航天新材料研究者提出的重要挑战,也是未来航空航天技术发展的必要条件。
本报告综述了航空航天新材料的发展现状、存在的问题以及发展的前景。
新材料的使用能够提升航空航天技术的性能,为航空航天技术的发展提供重要支持。
但在实际应用中,新材料也存在许多问题,如性能不稳定、使用寿命太短、可靠性不够等,这就要求研究者们进一步开展研究,以满足航空航天技术的要求,为未来航空航天技术的发展提供有力支持。
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航空航天复合材料技术发展现状2008-11-25 中国复合材料在线[收藏该文章]材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平;航空、航天、空天三大领域都对材料提出了极高的要求;材料科技制约着宇航事业的发展。
固体火箭发动机以其结构简单,机动、可靠、易于维护等一系列优点,广泛应用于武器系统及航天领域。
而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之一。
在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标,目前已拓展到液体动力领域。
科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合,做到了需求牵引带动材料技术发展,同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。
目前,航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。
作为我国固体动力技术领域专业材料研究所,四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平,突破了我国固体火箭发动机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关,为我国的固体火箭发动机事业作出了重要的贡献,同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的提高。
建所以来,先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机,气象卫星风云二号远地点发动机,多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。
目前,四十三所正在研制多种航天动力先进复合材料部件,研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。
二、国内外技术发展现状分析1、国外技术发展现状分析1.1结构复合材料国外发动机壳体材料采用先进的复合材料,主要方向是采用炭纤维缠绕壳体,使发动机质量比有较大提高。
如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机(SICBM-1 、-2、-3 )燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作,IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa,壳体容器特性系数(PV/Wc )>3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II (D5 )”第一级采用炭纤维壳体,质量比达0.944,壳体特性系数43KM,其性能较凯芙拉/环氧提高30%国外炭纤维的开发自八十年代以来,品种、性能有了较大幅度改观,主要体现在以下两个方面:①性能不断提高,七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主,九十年代初普遍使用的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用;②品种不断增多,以东丽公司为例,1983年产的炭纤维品种只有4种,至U 1995年炭纤维品种达21种之多。
不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要,为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。
芳纶纤维是芳族有机纤维的总称,典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多个型号上得到应用,如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。
俄罗斯的APMOC纤维生产及其应用技术相当成熟,APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%,纤维强度转化率已达到75%以上。
PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品,具有刚性极强的线形伸直链结构。
美国Bruswick公司用抗拉强度为 5.5GPa级的PBO纤维进行缠绕容器的综合研究,内径为250mm的球形高压容器,实测平均爆破压强91MPa,纤维强度转化率86%,容器特性系数65.2KM,与抗拉强度为5.65GPa的T-40炭纤维缠绕容器相比(PV/W 值为45.2KM),PBO性能要高31%。
此外,复合材料以其质轻的优势替代传统的金属材料获得广泛应用,典型的有复合材料发射筒、网格结构及各种压力容器。
国外复合材料导弹发射筒在战略、战术型号上广泛采用, 如美国的战略导弹MX 导弹、俄罗斯的战略导弹“白杨M”导弹均采用复合材料发射筒。
由于复合材料发射筒相对于金属材料而言, 结构重量大幅度减轻,使战略导弹的机动灵活成为可能。
在战术导弹领域, 复合材料导弹发射筒的应用更加普遍。
网格结构的研究早在20 世纪70 年代就已开始,目前已有多种类型网格结构在航空航天领域用作战略导弹级间段,空间飞行器舱体、箭与卫星的对接框等不同部件,如1997 年美国空军菲利普实验室以自动化缠绕技术制作网格结构承力部件应用于飞机改制, 加州复合材料中心将复合材料网格应用于航空喷气发动机,日本研制的碳/环氧复合材料网格结构作为第三级发动机与旋转平台的级间段结构成功地应用在H1 火箭上。
从20世纪60年代末开始,航天领域中以S玻璃和凯夫拉-49纤维复合的金属内衬轻质压力容器逐渐取代传统的全金属压力容器。
美国在1975年开始了轻质复合材料气瓶研制,采用S玻纤/环氧、Kevlar/环氧缠绕复合材料气瓶。
随着炭纤维性能提高及成本大幅度下降,炭纤维与低成本铝内衬制造技术相结合, 使得费用低、质量轻、性能高、可靠性好的高压容器的生产变为现实。
1.2结构/功能一体化材料在国外动力系统喷管部件已趋向全炭/炭化,入口段与喉衬采用整体式多维炭/炭编织物, 出口锥用炭/炭材料或碳布带缠绕制成,延伸喷管技术相当成熟。
喉衬材料方面,国外高性能惯性顶级固体发动机、星系固体发动机、战略导弹固体发动机,几乎全部采用3D、4D 炭/炭复合材料喉衬。
炭/炭扩张段主要应用于宇航发动机及战略导弹上面级发动机。
如美国研制的Star 系列宇航发动机炭/炭扩张段,及MX导弹第三级采用炭/炭扩张段和二维延伸的炭/炭延伸锥,三叉戟D5潜地战略固体导弹第二级采用了可延伸的炭/炭延伸锥。
法国研制的炭/炭扩张段应用于西欧远地点助推发动机Magell号。
俄罗斯炭/炭扩张段出口直径达 1.5m,出口厚度2.8mm,已应用于“起点一号” 运载火箭上面级等众多型号发动机。
八十年代中期,法国SEP公司开发了厚度方向有炭纤维增强的在Novoltex 炭/炭扩张段、延伸锥技术。
美国侏儒导弹第三级的炭/炭扩张段和延伸锥、雅典娜(Athena)运载火箭惯性顶级发动机Orbus 21 HP、波音公司运载火箭Delta-III的第二级(RL10B-2)和Ariane 4运载火箭上面级液氢/液氧发动机HM7使用了SiC涂层的Novoltex 炭/炭扩张段。
2、国内技术发展现状分析2.1 结构复合材料国内固体发动机壳体已成功采用玻璃纤维及芳纶纤维。
航天四十三所还配合有关部门进行了国产芳纶纤维初步性能研究, 有待于进一步加强工艺应用研究。
四十三所在炭纤维复合材料壳体研究方面进行了大量的预先研究工作,进行了0 1400mm、$ 2000mm炭纤维壳体研制。
与国外相比,主要差距有:APMOC 纤维依赖进口,应用中纤维强度转化率较低;高性能炭纤维未实现国产化, 应用受到限制;壳体工艺控制手段不先进;目前尚没有型号应用炭纤维缠绕的固体发动机壳体。
在PBO纤维应用研究方面,航天四十三所进行了初步的探索性研究,在PBO纤维表面处理、PBO纤维适应的树脂配方研究等工作都已取得了较大的进展。
但与国外相比,存在着基础应用研究不多、原材料依赖进口的缺点。
国内在轻质复合材料应用上也开展了相关研究。
在复合材料发射筒研究方面,航天四十三所及哈尔滨玻璃钢制品研究所进行了XX系列导弹发射筒的研制,已成功地进行了多种地面试验和实弹发射考核。
在飞航导弹复合材料发射筒研制方面,航天科工集团三院研制了长5.45m,内径502mm的导弹贮运发射筒。
航天四十三所、哈尔滨玻璃钢制品研究所等单位进行了网格结构材料初步应用研究,43所同时针对网格结构缠绕成型的特点开发了缠绕软件。
上述工作为大型主承力网格结构实际应用奠定了良好的基础。
总体说来,目前国内对网格结构的研究主要集中于理论方面,需加强复合材料主承力网格结构应用技术研究,以提高我国空间飞行器的性能,缩短在技术上与国外的差距。
四十三所多年来一直从事复合材料压力容器研究工作,从早期的玻璃纤维压力容器,Kevlar-49压力容器到F-12芳纶纤维及炭纤维压力容器,性能一直处于国内先进水平,S n 玻璃纤维压力容器的PV/W值达到20km, F12芳纶纤维PV/W为38km , T700炭纤维PV/W 为40km。
在金属内胆压力容器研制方面,成功地进行了DFHM卫星平台用50L炭纤维高压复合材料气瓶缠绕研制工作,已进入正样阶段。
此外,航天四十三所还成功研制了宇航员生命保障系统用容器和多种环形及异形容器,在上述研究的基础上,将相关产品已应用到卫星、运载火箭和军用飞机上,具有十分重要的意义。
2.2结构/功能一体化材料喉衬材料一直是固体火箭发动机材料应用研究的重点和关键。
近20年来,炭/炭复合材料喉衬的研制和应用取得了很大的进展,航天四十三所于70年代末期建立起了①650mm的毡基炭/炭喉衬研制生产线,80年代初又掌握了4D炭/炭喉衬研制工艺技术,通过工艺攻关,基本具备了大型战略导弹SRM各级发动机喉衬预成型体编织,CVD均热法、热梯度法,高压浸渍炭化,高温石墨化工艺的研制条件。
四十三所研制了与国际水平同步发展的各种类型炭/炭喉衬材料,其中4种炭/炭喉衬材料性能已达到同类材料的国际先进水平。
喷管扩张段、防热环技术是我国SRM技术中与国外差距最大的项目,大约落后20年左右,严重制约着我国战略、战术导弹武器的技术水平。
国内大型喷管扩张段/延伸段结构件材料目前主要采用采用炭/酚醛、高硅氧/酚醛复合缠绕绝热层及玻璃纤维/环氧缠绕结构层,耐温性与刚度比较低,限制了喷管热防护材料的进一步发展,研制耐高温轻质的喷管结构材料成为必要。
航天四十三所已开展多项轻质炭/炭扩张段预先研究,先后成功通过固体及液体发动机地面热试车,承担的“863项目”研制的不同规格的炭/炭延伸段已先后多次成功通过液体发动机地面热试车,为航天动力系统的轻质化奠定了一定的技术基础。
三、问题及建议1、原材料研究滞后阻碍了高性能复合材料研制的步伐如我国在“九?五”期间开发的国产芳纶纤维,尽管其抗拉强度已达到4470MPa但该纤维存在工艺性较差、制作的复合材料层间剪切强度较低等缺点。
目前航天动力用炭纤维复合材料均为进口炭纤维,多为日本东丽公司的炭纤维,国产炭纤维原丝质量不稳定,纤维强度较低且离散性较大。
PBO增强复合材料是未来先进复合材料主要发展方向之一,可我国扩大规模,降低成本。
从而降低军用复合材料成本。
2、需要进一步加强复合材料的基础研究复合材料经过了多年的发展历程,现已基本自成体系,无论在原材料、构件成型,还是工程应用等方面,国内外都已形成规模。
但是,就国内目前的现状看来,几十年的发展对于一种高新材料而言,远远不够,随着复合材料应用领域的扩展、使用条件的提高,所产生的高性能、低成本、多功能要求,有待于开展更广泛、更深入地研究。