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樹脂基復合材料在航空航天的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-04-27  瀏覽次數:265
核心提示:樹脂基復合材料因具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性,發展前景廣闊。另外,樹脂基復合材料具有功能多樣化、成型過程簡便、材
     樹脂復合材料因具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性,發展前景廣闊。另外,樹脂基復合材料具有功能多樣化、成型過程簡便、材料結構及性能可塑性強等優點,被廣泛應用于汽車工業、體育器材行業、機械電子制造業、航天工業以及煤礦工業等領域。隨著最近幾年經濟的快速增長,樹脂基復合材料的用途也越來越廣泛,深受制造行業的青睞。
    采用復合材料可實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、船舶等國防產品結構的主要組成部分。
 
軍事領域
 
    為滿足新一代戰斗機高機動性、超音速巡航及隱身的要求,進入20世紀90年代以后,美國戰機無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。
民機領域
    民用飛機更加考慮飛機的安全性和經濟性,因此在復合材料的應用上比較謹慎。但隨著復合材料技術的進步和制造成本的降低,20世紀70年代開始,民機也逐步開始使用復合材料部件。
    與軍機類似,民機復合材料的部件也從小承力構件向主承力構件發展。因為材料的選擇將直接影響到飛機的購買費用(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鍵。民機的選材將直接影響民機的運營費用。用樹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%。
 
除了費用以外,安全因素也是民用飛機設計選材時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材料的發展,迫使工業界采取最先進的制造技術來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。軍用、民用和輕型直升機均大量應用碳纖維復合材料。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,也是一個全復合材料的飛機。
 
航空發動機
 
    隨著航空發動機性能不斷提高,特別是質量不斷減輕,在依靠整體葉盤、整體葉環、空心葉片和對轉渦輪等新穎結構的同時,還將越來越多的依賴于高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的先進復合材料。經過多年的實驗和經驗積累,航空發動機上越來越多的部件采用復合材料部件,而且各國紛紛都向這個方向努力。
 
 
火箭發動機
 
    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上。例如,在防熱方面,高強度玻璃纖維樹脂基復合材料可以用作多管遠程火箭彈和空空導彈結構材料和耐燒蝕隔熱材料,實現了噴管收斂段、擴張段和尾翼架整體化,大大減輕了武器質量,提高戰術性能。
 
衛星通信
 
    在衛星和航天器上,美國和歐洲的衛星結構質量不到總質量的10%,原因就是廣泛使用了先進復合材料。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現了復合材料化。
 
艦船領域
 
    艦船復合材料技術也有迅速的發展,已基本達到了實際應用水平,簡化制造、降低成本成為當前技術的重點。美國海軍裝備已經大量應用復合材料,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、減少天線維護等;英國“機敏”級潛艇泵噴推進器的導管也采用了纖維增強泡沫夾芯復合材料。
 
    先進樹脂基復合材料在航空工業中的應用是技術推動和需求牽引雙重作用下的結果。一方面隨著材料性能提高、工藝改進、成本降低等方面取得的重大進展,先進樹脂基復合材料在航空工業中的應用更加廣泛,從而提高了軍民用飛機及發動機的技術性能和經濟性能;另一方面新一代軍民用飛機及發動機的發展又對材料性能提出了更高的要求,迫使工業界采取最先進的設計和制作技術來提高材料的性能和降低成本,從而又促使先進樹脂基復合材料的發展。
 
 
關鍵詞: 玻璃纖維 復合材料
 
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