复合材料在飞机上的应用
复合材料在航空航天领域的应用

复合材料在航空航天领域的应用航空航天工程是当今科技领域中最具挑战性和前沿性的领域之一。
随着科技的不断进步,复合材料作为一种新型材料,在航空航天领域中得到了广泛的应用。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成,具有优异的力学性能和轻质化特点,成为航空航天工程中不可或缺的材料。
复合材料在航空航天领域中的应用主要体现在飞机结构中。
传统的金属材料在飞机结构中存在着重量大、阻力大等问题,而复合材料具有比重较低、强度高、刚度大等优点,可以有效减轻飞机的自重,并提高飞机的飞行性能。
例如,复合材料可以用于飞机的机翼、机身等结构部件,使得飞机具有更好的飞行稳定性和燃油经济性。
复合材料在航空航天领域中还广泛应用于航天器热保护系统。
航天器在大气层再入过程中会受到高温的热辐射,传统的热保护材料往往难以满足高温、高速的要求。
而复合材料具有优异的耐高温性能和热稳定性,可以有效保护航天器在再入过程中不受高温的影响。
因此,复合材料在航天器热保护系统中的应用,可以保证航天器的安全和稳定。
复合材料还被广泛应用于卫星的结构设计和制造中。
卫星需要具有轻质化、高强度、高刚度等性能,以满足卫星在太空中的长期运行需求。
复合材料作为一种理想的卫星结构材料,可以有效减轻卫星的重量,提高卫星的运载能力和工作效率。
因此,复合材料在卫星制造中的应用,可以提高卫星的整体性能和可靠性。
复合材料在航空航天领域中的应用是不可忽视的。
复合材料以其轻质化、高强度、高刚度等优点,为航空航天工程提供了新的解决方案。
随着科技的不断进步,相信复合材料在航空航天领域中的应用将会更加广泛,为航空航天工程的发展注入新的活力。
复合材料在航空航天中的应用

复合材料在航空航天中的应用咱先来说说啥是复合材料哈。
简单来讲,复合材料就是把不同的材料组合在一起,就像搭积木一样,让它们的优点凑一块,变得更厉害。
比如说,把强度高的纤维和耐磨损的树脂放在一块儿,就成了一种新的厉害材料。
在航空航天领域,复合材料那可是大显身手。
就拿飞机来说吧,以前的飞机大多是用金属做的,又重又不灵活。
但现在有了复合材料,情况就大不一样啦!我记得有一次坐飞机,正好靠窗,我就盯着那飞机的翅膀看。
旁边的一个小朋友好奇地问我:“叔叔,这飞机翅膀是用啥做的呀?”我就跟他说:“这翅膀呀,很多部分都是复合材料做的哟。
”小朋友瞪大眼睛,一脸不可思议。
复合材料让飞机变得更轻啦,这样就能飞得更远、更省油。
而且它的强度还特别高,能承受住飞行中的各种压力和冲击。
你想想,飞机在天上飞,遇到气流啥的,要是材料不结实,那可就危险啦。
航天领域也是一样。
火箭的外壳很多也是复合材料做的。
以前的火箭外壳又重又不耐高温,现在用了复合材料,耐高温的同时还减轻了重量,让火箭能带着更多的东西飞到太空去。
就像前段时间看的一个纪录片,讲的是新一代的航天飞行器的研发过程。
研发团队为了找到最合适的复合材料,那可是做了无数次的实验。
有时候为了测试一种新的复合材料在极端环境下的性能,他们得在实验室里熬上好几个通宵。
最终,他们成功了,新的复合材料让飞行器的性能有了巨大的提升。
在航空航天中,复合材料的应用可不只是在飞机和火箭的外壳上。
飞机内部的一些零部件,比如座椅的框架、行李架啥的,也都开始用复合材料了。
这不仅减轻了重量,还让飞机内部的空间更大更舒适。
还有那些卫星,小小的身体里也藏着不少复合材料的奥秘。
为了能在太空那种恶劣的环境中正常工作,卫星的结构材料就得既轻又耐用,复合材料正好满足了这些要求。
总之啊,复合材料在航空航天领域的应用那真是越来越广泛,给我们的蓝天梦想和星辰大海之旅带来了更多的可能。
说不定未来,还会有更神奇的复合材料出现,让我们的飞行变得更加不可思议!回想那次飞机上和小朋友的对话,我相信,等他长大了,一定能看到更多复合材料带来的惊喜。
复合材料在飞行器翼型设计中的应用

复合材料在飞行器翼型设计中的应用在现代航空航天领域,飞行器的性能和效率一直是人们追求的重要目标。
而翼型设计作为飞行器设计的关键环节之一,对飞行器的飞行性能有着至关重要的影响。
随着材料科学的不断发展,复合材料在飞行器翼型设计中的应用越来越广泛,为飞行器的性能提升带来了新的机遇和挑战。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的新型材料。
与传统的金属材料相比,复合材料具有许多优异的性能,如高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、抗疲劳等。
这些性能使得复合材料在飞行器翼型设计中具有独特的优势。
首先,复合材料的高强度和高模量特性可以显著提高翼型的结构强度和刚度。
在飞行器的飞行过程中,翼型需要承受巨大的空气动力载荷。
使用复合材料可以在保证翼型强度和刚度的前提下,减轻翼型的重量,从而提高飞行器的燃油效率和飞行性能。
例如,碳纤维增强复合材料(CFRP)具有极高的强度和模量,在飞机机翼和尾翼等部件的设计中得到了广泛应用。
其次,复合材料的低密度特性可以有效降低翼型的重量。
对于飞行器来说,重量的减轻意味着更低的燃油消耗、更高的载荷能力和更远的航程。
通过采用复合材料来制造翼型,可以在不降低结构性能的情况下,实现显著的减重效果。
这对于提高飞行器的经济性和竞争力具有重要意义。
此外,复合材料具有良好的耐腐蚀和抗疲劳性能。
在飞行器的使用环境中,翼型往往会受到各种恶劣条件的影响,如潮湿的空气、腐蚀性的化学物质等。
复合材料的耐腐蚀性能可以延长翼型的使用寿命,降低维护成本。
同时,复合材料的抗疲劳性能也能够提高翼型在反复载荷作用下的可靠性。
在飞行器翼型设计中,复合材料的应用形式多种多样。
常见的有层合复合材料、编织复合材料和夹芯复合材料等。
层合复合材料是将不同方向的纤维层按照一定的顺序和角度叠加而成。
通过合理设计纤维的铺设方向和层数,可以实现翼型在不同方向上的性能优化。
例如,在翼型的主承力方向上,可以铺设更多的高强度纤维,以提高翼型的承载能力;在次要方向上,可以使用较低强度的纤维,以降低成本和重量。
复合材料在飞机上应用的发展趋势

复合材料在飞机上应用的发展趋势1. 引言说到飞机,大家首先想到的肯定是那种在蓝天上翱翔的感觉,哦,真是让人心潮澎湃啊!可是,您知道吗?飞机能飞得那么稳,和它的材料可是息息相关的。
尤其是复合材料,它们就像是飞机的“超级英雄”,为飞行器提供了强度和轻量化的双重保障。
接下来,咱们就来聊聊复合材料在飞机上的应用,以及它未来的发展趋势。
放心,保证不会让你觉得无聊,咱们轻松聊聊。
2. 复合材料的基本知识2.1 什么是复合材料?好,先从头说起,复合材料其实是由两种或两种以上的材料结合而成的,像个“材料拼盘”。
它们能结合不同材料的优点,像是“相辅相成”的好搭档。
比如说,碳纤维复合材料就轻得像羽毛,但强度却能和钢铁媲美。
这种材料用在飞机上,简直是如虎添翼,让飞机既省油又飞得高。
2.2 为什么选择复合材料?那为什么不直接用金属呢?好吧,金属虽然结实,但一上天就显得重重的,仿佛在给飞机增加负担。
而复合材料的轻便特性,能让飞机减轻不少“体重”,这可不是说说而已哦,减少了燃油消耗,飞得更远,成本也能节省不少,简直是一举多得,真是个聪明的选择!3. 复合材料的应用现状3.1 目前的应用领域现在,复合材料已经在民航、军用航空器等领域大展拳脚。
例如,波音787和空客A350这些现代飞机的机身结构,绝大部分都是用复合材料制造的。
咱们平时在飞机上看到的那些机翼、机身,很多都在悄悄地“变轻”,就像在进行一场隐形的减肥大赛。
这样的技术进步,让航班更加安全、经济,飞行体验也愈加舒适。
3.2 未来的应用趋势不过,话说回来,未来的复合材料还有很多“花样”可做。
随着科技的发展,新的复合材料会层出不穷,甚至会有自修复的材料,想想就令人激动!比如,如果飞机表面出现小划痕,材料会像“变魔术”一样,自己愈合,简直让人感到不可思议。
这种材料的出现,可能会彻底改变航空器的维修方式,减少停飞的时间,真是太给力了。
4. 未来的发展方向4.1 绿色材料的崛起另外,咱们还得提一提环保的问题。
碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体构成的先进结构材料。
它具有轻质、高强度、高弹性模量等优点,因此在航空航天
领域中被广泛应用。
首先,碳纤维复合材料在飞机机身中的应用已经成为航空制造
的主流趋势。
传统的飞机制造材料包括金属、铝合金等,而随着
制造材料的不断更新换代,碳纤维复合材料因其低密度、优异的
机械性能和设计自由度受到了广泛的关注和应用。
在飞机机身和
翼面等部位中,碳纤维复合材料不仅可以有效降低飞机重量,而
且还可以提高飞机的稳定性和安全性。
其次,碳纤维复合材料在航天器中的应用也越来越广泛。
在航
天器的结构设计中,需要同时考虑重量、强度和刚度等因素,而
碳纤维复合材料却能够满足这些要求。
与传统的金属材料相比,
碳纤维复合材料的重量仅为其1/4,又能够承受更高的载荷。
此外,碳纤维复合材料可以在空气和宇航环境下保持较好的性能,因此
也被广泛应用于航天器的热控制和防护中。
最后,碳纤维复合材料在航空航天领域中的进一步应用前景非
常广阔。
随着材料科学和制造技术的不断发展,碳纤维复合材料
的性能将不断得到提升,同时也将得到更广泛的应用。
例如,碳纤维复合材料可以被用于制造更加精密和高效的导弹、卫星等高科技产品中,从而最大限度地提高这些产品的性能和质量。
总之,碳纤维复合材料在航空航天领域中的应用已经成为不可或缺的一部分。
它的轻量化、高强度和高弹性模量等优点,使得碳纤维复合材料成为航空制造和航天器设计中的首选材料之一。
随着研究和应用的不断深入,碳纤维复合材料的应用前景将变得更加广阔。
复合材料在军用飞机上的应用

复合材料在军用飞机上的应用复合材料在军用飞机上的应用摘要:复合材料正在成为飞机领域的发展趋势,在军用飞机上也被广泛应用。
本文介绍了用于军用飞机的复合材料,包括钛合金和碳纤维。
本文介绍了复合材料在飞机性能改进、质量减轻、结构增强和抗腐蚀方面的作用。
进一步讨论了复合材料在军用飞机的应用以及制造工艺。
本文最后,总结了复合材料在军用飞机上的应用,并展望了今后的发展。
关键词:复合材料;军用飞机;结构增强;质量减轻;抗腐蚀 1. 简介复合材料作为一种新型工业材料,正在科技工业领域得到广泛应用。
由于其质轻、力优、制造简便等优点,复合材料很快被应用于航空航天、船舶构建、汽车制造、通信、电子以及医疗等领域。
军用飞机也是复合材料的重要应用领域之一。
传统军用飞机大都采用铝合金和钢材制造,近年来,复合材料及其制造工艺已被大量应用于军用飞机上。
复合材料在军用飞机上的应用不仅可以提高飞机的性能,而且还可以减轻其重量,提高结构的强度,延长飞机的使用寿命,抵抗腐蚀。
2. 用于军用飞机的复合材料常用于军用飞机的复合材料有钛合金、碳纤维及复合微细粉体复合材料(CFPC)等。
钛合金与钛碳复合材料(TCM)由钛粉和碳纤维混合而成,具有质轻、力优、腐蚀性强的特点。
TCM复合材料可用于制造飞机机身部件,如机翼、机身、机尾等。
碳纤维复合材料(CF)由碳纤维和树脂组成。
CF复合材料具有体积轻、强度高、导热性能极佳等特点,可用于制造轻质、高强度的机身结构和机舱元件。
CFPC 复合材料是由微细粉体(如铝粉或钛粉)与碳纤维混合而成的结构材料。
由于其材料特性,CFPC复合材料的抗腐蚀性良好,可用于制造受液压流体影响较大的结构部件,例如燃油箱、液压管路等。
3. 军用飞机的复合材料应用a.性能改进复合材料的使用可以改善飞机的性能,提高它的速度、升限和灵活性。
钛合金和碳纤维等材料可以改变飞机的结构以更好地满足性能要求,例如,钛和碳纤维混合材料可以用于改善机翼的结构,增加机翼的迎角,以提高飞机的升力。
复合材料应用大全

复合材料应用大全复合材料是指由两种或两种以上的材料按一定方式组合而成的合成材料。
这种材料具有多种材料的优点,同时又克服了它们的缺点,因此在各个领域都有着广泛的应用。
以下是复合材料的一些常见应用。
1.航空航天领域:复合材料具有轻质高强度的特点,因此被广泛应用于飞机、航天器以及导弹等的制造。
例如,碳纤维复合材料被广泛用于制造飞机机身、机翼和尾翼,可以大大减轻整个飞机的重量,提高燃油效率。
2.汽车工业:复合材料在汽车领域的应用也非常广泛。
它被应用于车身、底盘和车载部件等方面,可以降低车辆重量,提高燃油效率。
此外,复合材料还可以提供更高的抗冲击性和噪音吸收性能,提高汽车的安全性和乘坐舒适性。
3.运动器材:复合材料在运动器材领域的应用也非常广泛。
例如,碳纤维复合材料被广泛用于制造高档自行车、高尔夫球杆、网球拍等运动器材,可以提供更高的强度和刚度,轻便易操控。
4.建筑领域:复合材料在建筑领域的应用也越来越多。
例如,玻璃纤维复合材料被用于制造建筑外墙、屋顶和立面装饰等,可以提供更高的抗风压性能、隔热性能和防火性能。
5.电子领域:复合材料在电子领域的应用也非常广泛。
例如,聚合物复合材料被用于制造电子元器件外壳、电池壳体等,可以提供更高的阻燃性能和耐热性能。
6.医疗器械:复合材料在医疗器械领域的应用也非常广泛。
例如,生物可降解聚合物复合材料被广泛用于制造人工关节、骨修复材料和牙科材料等,可以提供更好的生物相容性和机械性能。
7.水下工程:复合材料在水下工程领域的应用也非常广泛。
例如,玻璃钢复合材料被用于制造海洋平台、潜水艇和水下管道等,可以提供更高的防腐蚀性能和耐候性能。
8.体育用品:复合材料在体育用品领域的应用也非常广泛。
例如,碳纤维复合材料被用于制造滑雪板、高尔夫球杆和网球拍等,可以提供更高的强度和轻量化。
综上所述,复合材料具有广泛的应用领域,在各个领域都发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步和材料技术的不断发展,复合材料的应用前景将会更加广阔。
【专业讲堂】简述复合材料在飞机上应用的优缺点

【专业讲堂】简述复合材料在飞机上应用的优缺点复合材料,尤其是由玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉尔纤维制成的复合材料,在飞机工业中得到了广泛的应用。
它们比铝(飞机机身中最常用的金属)更坚固、更轻。
复合材料之所以如此命名是因为它们由两种或多种材料组成。
飞机中使用的复合材料由悬浮在环氧树脂基质中的纤维组成。
玻璃纤维复合材料是由玻璃纤维和环氧树脂制成的复合材料。
它于1950年代由波音公司首先用于飞机。
波音787梦想飞机是第一架使用50%复合材料(主要是碳纤维复合材料)制造的商用飞机;全日空航空公司于2011年10月投入使用的首架787,飞机的其余部分主要由铝、钛和钢组成。
复合材料已经彻底改变了航空业,但其使用确实带来了一些工程和维护方面的挑战。
复合材料在飞机上应用的主要优缺点在于:优点轻量化是复合材料使用的最大优势。
重量轻的飞机更省油,因为它需要更少的燃料来推动机身前进。
复合材料的强度也令人难以置信,因此强度/重量比(也称为比强度)要比制造飞机所用的金属高。
另外,它们抗压缩性能优异,在张力下不易断裂。
复合材料不易因刺激性化学物质而腐蚀,并且对许多高反应性化学物质具有抵抗力。
它们还可以应对各种温度变化以及暴露于恶劣天气中。
复合材料的另一大优势是其设计灵活性:它们可以被制成大致形状。
单个形状奇怪的复合材料可以替代许多其他材料制成的材料。
这种有用的特性可以减少维护,因此可以降低飞机使用寿命内的成本。
一旦形成复合材料结构件,它将保持其形状和大小。
这在飞机工业中很重要,因为这意味着由复合材料制成的飞机的关键部分不会随着环境条件的变化而增长,收缩或变形。
缺点对于飞机和零部件制造商而言,复合材料的最大缺点可能是与金属相比,其初始成本较高。
较高的成本主要是由于纤维的价格以及制造最终材料所需的复杂过程。
此外,很难判断复合材料飞机部件的内部结构何时被损坏。
这使得检查困难并且成本更高。
在检查过程中出现的一个问题是复合材料分层现象。
分层的最大原因是对复合件的影响。
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复合材料在飞机上的应用Document number:WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT复合材料在飞机航空中的应用与发展学校:西安航空职业技术学院专业:金属材料与热处理技术姓名:郭远摘要复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一;复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展,复杂曲面构件不断扩大应用;复合材料的数字化设计,设计、制造一体化,以及基于三维模型铺层展开的专用设计/制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障.复合材料在飞机航空中的应用与发展复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业,特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。
不久前,碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构,但是,由于技术发展的进步,先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构,如机身、机翼等。
一.飞机结构用复合材料的优势现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。
而复合材料正具备了上面的几个条件,成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。
复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点,因此,继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。
复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显着的减重效益,复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为cm3左右,如等量代替铝合金,理论上可有42%的减重效果。
近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累,人们清楚地认识到:复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重,而且给设计带来创新舞台,通过合理设计,还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性,可极大地提高其使用效能,降低维护成本,增加未来发展的潜力和空间。
尤其与铝合金等传统材料相比,可明显减少使用维护要求,降低寿命周期成本,特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显,据说B787较之B767机体维修成本会降低30%,这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。
同时,大部分复合材料飞机构件可以整体成型,大幅度减少零件数目,减少紧固件数目,减轻结构质量,降低连接和装配成本,从而有效地降低了总成本,如F/A-18E/F零件数减少42%,减重158kg。
复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件,无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献。
二.飞机结构用复合材料的发展过程先进复合材料于上世纪60年代中期一问世,即首先用于飞行器结构上。
30多年来先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。
1.复合材料在军用飞机上的发展过程纵观国外军机结构用复合材料所走过的道路,大致可分为三个阶段:第一阶段复合材料主要用于受力较小或非承力件,如舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等,大约于上世纪70年代初完成。
第二阶段复合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一级的次承力部件,以F-14硼/环氧复合材料平尾于1971年研制成功作为标志,基本于上世纪80年代初完成。
此后F-15、F-16、F-18、幻影2000和幻影4000等均采用了复合材料尾翼,此时复合材料用量大约只占全机结构重量的5%。
第三阶段复合材料开始应用于机翼、机身等主要的承力结构,受力很大,规模也很大。
主要以1976年美国原麦道公司研制成功FA-18复合材料机翼作为里程碑,此时复合材料用量已提高到了13%,军机结构的复合材料化进程进一步得到推进。
此后世界各国所研制的军机机翼一级的部件几乎无一例外地都采用了复合材料,其复合材料用量不断增加,如美国的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、法国的“阵风”(Rafale)、瑞典的JAS-39、欧洲英、德、意、西四国联合研制的“台风”(EF2000)、俄罗斯的C-37等,具体如表1所示。
应该指出继机翼、机身采用复合材料之后,飞机的最后一个重要部件——起落架也开始了应用复合材料,向着全机结构的复合材料化又迈进了一步。
复合材料用在起落架上是代钢而不是代铝,可有更大的减重空间,一般可达40%左右。
2.复合材料在民用航空上的发展继军机之后,国外大型民机也大量采用复合材料,以波音飞机为例,其进程大致走过了四个阶段:第一阶段:采用复合材料制造受力很小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件,该阶段于上世纪70年代中期实现。
第二阶段:制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力较小的部件,该阶段约于80年代中期结束。
第三阶段:制造垂尾、平尾受力较大的部件,突破了尾翼级部件在大型客机上的试用,随后B777设计应用了复合材料垂尾、平尾,共用复合材料吨,占结构总重的11%。
第四阶段:在飞机最主要受力部件机翼、机身上正式使用复合材料,如波音公司正在研制的B787“梦想”飞机,其复合材料用量达50%。
下图为B787“梦想”中复合材料的使用情况。
图中深蓝色部分为飞机的碳层合板,用于机身主体的机构,浅蓝色为碳夹芯板,用于飞机的尾翼部分和侧翼的少部分部件,绿色部分是玻璃纤维,红色部分为铝,黄色部分为铝/钢/钛吊架。
空客也于70年代中期开始了先进复合材料在其A300系列飞机上的应用研究,经过7年时间于1985年完成了A320全复合材料垂尾的研制,此后A300系列飞机的尾翼一级的部件均采用复合材料,将复合材料的用量迅速推进到了15%左右。
已于2005年初下线并首飞的A380超大型客机,其复合材料用量达25%,主要应用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等,开创了先进复合材料在大型客机上大规模应用的先河。
上面的图为空客大型民机结构用复合材料的进程。
3.复合材料在我国飞机制造的应用我国于上世纪 70 年代已开展军机用先进复合材料的研究。
“六五”期间作为预研项目研制了两个机型的复合材料垂尾,1985 年开始研制某型机带整体油箱的复合材料机翼,90 年代初研制了某型机复合材料垂尾和前机身,此后多种机型均正式采用了复合材料,其复合材料用量接近10%。
虽然我国在航空和汽车领域中,对于复合材料已经有了一定的了解和应用,但是复合材料的开发和投用在我国仍是一个重大的难点,我国航天事业起步慢,也没有核心技术的支持,但是我相信,在长期的努力之下,我们国家一定会拥有自己的复合材料的技术,并用于飞机,汽车等的制造中。
三.飞机结构复合材料在将来的发展及前景人们以前一直担心树脂基复合材料结构的使用寿命问题,30多年来的应用发展历史证明了先进复合材料具有优异的使用性能,使用寿命不成问题,这也是目前飞机结构复合材料用量大幅提高的基础和前提。
自20世纪70年代先进复合材料进入飞机结构以来,各种飞机从未因大量使用复合材料引发飞行事故,这无疑为复合材料的应用增加了信心和安全置信度。
最早的装机件历经30余年的使用,已到设计的使用寿命,最近的检测结果表明,空中使用和地面验证情况相符,疲劳和使用环境未造成剩余强度下降,仍可承受既定的设计载荷,绝大多数制件至今仍处于良好状态。
曾以为树脂基复合材料的老化可能是影响使用的严重问题,国外的大量使用经验证明,老化不成问题,性能衰退未超过使用要求。
同时使用经验还表明,复合材料随飞机结构成功地经受了疲劳与温度、吸湿及腐蚀等环境的考验,有些问题并不像当初预计的那样严重。
实践还使人们认识到复合材料越是用于主结构问题越少,使用性能可能更好。
如复合材料薄板,特别是薄的蜂窝结构面板常出现冲击损伤容限等问题,但主结构板厚增加,如A380中央翼盒处板厚可达45mm,损伤阻抗能力提高,损伤容限已不成问题。
当板厚超过8mm损伤容限问题会急剧下降,厚板的吸湿、温度传导等问题均会下降,机体结构内部的框、梁、肋用复合材料冲击、吸湿、耐温等敏感问题也会相应下降,因此材料许用值和结构设计值可适当放宽。
国内20余年的飞机结构用复合材料结果也表明复合材料确是一种使用性能优异的新材料。
如今复合材料在四大机种上的大量应用,已形成目前世界航空领域再度起飞的发展新态势,事实雄辩地证明复合材料是实现飞机现代化的必由之路,飞机结构复合材料化也是大势所趋。
未来飞机特别是军机为了进一步达到结构减重与降低综合成本,复合材料将不断取代其他材料,用量继续增长。
美国一报告中指出:到2020年,只有复合材料才有潜力使飞机获得20%~25%的性能提升,复合材料将成为飞机的基本材料,用量将达到65%。
2000年统计,铝,钢,钛,复合材料各占飞机部件材料的65%,15%,5%,15%。
铝占的比重仍然是最大的,而预计将来,复合材料降占主导位置。
下图为现在与将来预计飞机用材料比例图。
飞机结构用复合材料的发展趋势概括起来可归纳为以下几个方向:(1)高性能化。
高性能化趋势从材料角度主要体现在三个方面,一是提高力学性能,二是提高耐热性能,三是提高耐服役环境性能。
(2)多功能化。
同一结构实现多种功能是复合材料的优势之一,如承力/吸波,承力/吸波/减振、降噪一体化是飞机结构用复合材料的一个重要发展方向。
要实现多功能化,设计是首位,材料是根本,工艺是保证。
(3)智能化。
智能化对提高结构效率和可靠性具有重要作用,是飞机结构设计越来越重视的方向。
开发飞机结构用复合材料自感知、自诊断、自适应智能化技术,可以实现复合材料飞机结构噪声抑制、振动控制、主动变形、健康监测。
(4)低成本化。
这是一个永恒的主题。
成本过高仍是制约飞机结构大量应用复合材料的主要障碍,因此低成本化仍为复合材料发展中急需解决的关键技术。
低成本化重点考虑制造技术低成本化、设计方法低成本化、全寿命低成本化。
(5)制造过程数字化。
有利于减少试验量,缩短研制周期,降低废品率及提高生产效率。
应发展复合材料制造过程模拟与工艺参数优化技术,实现复合材料制造过程数字化与飞机结构设计数字化趋向相适应。
(6)设计制造一体化。
在设计阶段就考虑制造与装配中的问题,可加快产品研制进度,提高质量,有效降低成本。
采用全新的设计理念和手段,将设计和制造融为一体,是复合材料发展的又一个重要趋势。
飞机的绝大部分结构将采用复合材料的这一预言已经实现,人们期待着复合材料在飞机上更广阔的应用前景,甚至全复合材料飞机的出现。
随着材料方面的新进展,比如智能复合材料的出现,以及复合材料设计/制造技术朝着数字化、集成化、知识化等方向的不断发展,将会大大加速这一进程。
近年来,我国的复合材料技术得到了迅速发展,开始朝着实现复合材料构件设计、制造、检测一体化方向发展。
借鉴国外的先进技术和经验,对加速我国的复合材料技术的发展、扩大复合材料的应用具有重要意义。