本站小編為你精心準(zhǔn)備了復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的運用分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:先進復(fù)合材料由是一種具有多功能性、結(jié)構(gòu)整體性、可設(shè)計性等眾多特點的新型材料，在各個領(lǐng)域被廣泛推廣和利用，特別是在航空航天領(lǐng)域。該文根據(jù)我國先進復(fù)合材料的發(fā)展?fàn)顩r，對先進復(fù)合材料進行了簡介，分別針對先進復(fù)合材料在航空領(lǐng)域、航天領(lǐng)域的應(yīng)用進行了綜述，最后探析了復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:復(fù)合材料，航空航天，應(yīng)用

先進復(fù)合材料相比與發(fā)達國家在我國的起步較晚，但是幾十年來卻有著迅猛的發(fā)展，先進復(fù)合材料對于國家的航空航天工業(yè)發(fā)展有著舉足輕重的重要性，本文將著手我國的先進復(fù)合材料的發(fā)展、應(yīng)用和未來的趨勢來介紹。

1 先進復(fù)合材料概述

進入二十一世紀(jì)以來，我國航空航天事業(yè)得到前所未有的發(fā)展，同時航空航天領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)合材料性能的要求不斷提高，研發(fā)更高性能的復(fù)合材料成為必須解決的問題，先進復(fù)合材料隨之誕生，先進復(fù)合材料具有多功能性、經(jīng)濟效益最大化、結(jié)構(gòu)整體性以及可設(shè)計性等眾多優(yōu)點，將先進復(fù)合材料應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，能夠有效地提高現(xiàn)代 航 空 航 天 的 性 能，首 先 就 是 與 傳 統(tǒng) 鋼 材料、鋁材料相比之下減輕了航空航天器的近30%質(zhì)量，在提高性能的同時，還能降低制造成本與運營養(yǎng)護成本，目前，先進復(fù)合材料已經(jīng)成為飛船、衛(wèi)星、飛機、火箭甚至無人機等航空航天器的應(yīng)用材料［1］。我國先進復(fù)合材料的研究早在 20 世紀(jì)70 年代就已經(jīng)開始，經(jīng)過40 多年的努力，我國在先進復(fù)合材料領(lǐng)域的技術(shù)水平不斷提高，現(xiàn)階段，我國逐漸實現(xiàn)了從完成了從次承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件的過渡，先進復(fù)合材料已經(jīng)被運用到廣大領(lǐng)域，進入到了實踐應(yīng)用階段，另一方面，與國外先進復(fù)合材料相比，現(xiàn)階段我國先進復(fù)合材料在設(shè)計理念、制備方法、加工設(shè)備、生產(chǎn)工藝以及應(yīng)用規(guī)模上都存在差距［2］，例如，我國軍用戰(zhàn)斗機中復(fù)合材料的用量低于國外先進戰(zhàn)斗機的復(fù)合材料用量，僅有少數(shù)的軍用戰(zhàn)斗機超過 20% ，例如 J－ 20 其復(fù)合材料的用量約為 27% 。我國成功研制的C919 大型民用飛機，單架飛機的先進復(fù)合材料的用量超過 16 噸，標(biāo)志著我國先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用水平在不斷提高。

2 復(fù)合材料的特性

(1)結(jié)構(gòu)整體化。先進復(fù)合材料能夠被加工為整體部件，也就是應(yīng)用先進復(fù)合材料部件來取代金屬部件。在一些較為特殊的輪廓及表層比較復(fù)雜的部件當(dāng)中，利用金屬制造往往可行性相對較差，而應(yīng)用先進復(fù)合材料往往便可有效滿足于實際的工作需求。(2)經(jīng)濟效益最大化。將先進復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域內(nèi)，可實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)量的大幅度精減。因?qū)B接復(fù)雜的部件往往不需要采取焊接、鉚接等方式，因而對于連接傳統(tǒng)部件的需求量也便可以大大減少，進而使得材料的裝配成本與時間也能夠有效 降 低，提 高 效 率 從 而 實 現(xiàn) 經(jīng) 濟 效 益 的 最大化［3 － 4］。(3)可設(shè)計性。應(yīng)用纖維、樹脂、復(fù)合結(jié)構(gòu)等方式可得到多種性能、形狀存在明顯差異化的復(fù)合材料，選取出適當(dāng)?shù)牟牧霞颁亴哟涡虮憧杉庸こ鰶]有膨脹系數(shù)的復(fù)合材料，同時其尺寸穩(wěn)定性也要明顯優(yōu)于一般的金屬材料。(4)功能多樣性。隨著先進復(fù)合材料材料的不斷發(fā)展，其不斷融合了許多優(yōu)異的物理性能、化學(xué)性能、生物性能、力學(xué)性能等。而且各類先進復(fù)合材料其本身的構(gòu)成比例也不盡相同，在功能方面也會產(chǎn)生出一定的差異性，目前綜合性及多功能性已成為先進復(fù)合材料發(fā)展的一項主流趨勢［5 － 6］。

3 先進復(fù)合材料的組成

金屬、有機非金屬、有機高分子等若干種材料運用復(fù)合工藝組成的新興材料即是先進復(fù)合材料，先進復(fù)合材料不止能夠保留原有組成材料的特點，還能夠?qū)⒏鞣N組成材料的優(yōu)良性能進行綜合，相互補充和關(guān)聯(lián)各種材料的性能，能夠給新興復(fù)合材料帶來無可替代的優(yōu)越性能。先進復(fù)合材料簡稱 ACM，指的是碳纖維等高性能增強相增強的復(fù)合材料。先進復(fù)合材料的多種性能都優(yōu)于普通鋼、鋁金屬材料，在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠有效地減輕航空航天設(shè)備的質(zhì)量，同時賦予航空航天設(shè)備特殊的性能，例如吸波、防熱等。

4 先進復(fù)合材料的應(yīng)用

4. 1 航空領(lǐng)域4. 1. 1 航空發(fā)動機中的應(yīng)用在航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，高性能系統(tǒng)對于材料本身在輕型化與耐高溫方面有著更加嚴(yán)苛的要求。新型材料與工藝技術(shù)的快速發(fā)展是為了服務(wù)于新一代航空發(fā)動機的發(fā)展要求，特別是最新的先進復(fù)合材料已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用在航空發(fā)動機中，例如將發(fā)動機的空氣流動通道中應(yīng)用陶瓷基復(fù)合材料，便可僅需少部分甚至無需冷卻氣體來冷卻發(fā)動機的高溫部位，從而也便可促使渦輪扇發(fā)動機的重量大大降低，發(fā)動機的運轉(zhuǎn)效率也將達到更大水平，相應(yīng)的發(fā)動機性能、耐久能力、燃 油 經(jīng) 濟 性 等 也 便 能 夠 得 到 大 幅 度 的提升［7］。4. 1. 2 無人機中的應(yīng)用在未來的航空領(lǐng)域發(fā)展過程中，無人機將是至關(guān)重要的一個發(fā)展方向，無人機的主流發(fā)展趨勢便是飛行高度更高、時間更長、隱身效果更好，要想提高無人機制造效率、較小制造成本，復(fù)合材料的應(yīng)用便將成為重要的一項技術(shù)工程。例如將石墨/環(huán)氧復(fù)合材料應(yīng)用在無人機的尾翼部位，相較于傳統(tǒng)的鋁合金混合結(jié)構(gòu)其重量可減小 60% 以上。此外，設(shè)計人員應(yīng)用復(fù)合材料還能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)金屬材料所難以企及的空氣動力學(xué)設(shè)計，如超聲速飛行的前掠翼飛機。 

 4. 2 航天領(lǐng)域4. 2. 1 導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用碳纖維 /環(huán)氧復(fù)合材料所制成的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)相較于鋁結(jié)構(gòu)其重量將降低 40% 以上。目前許多發(fā)達國家在導(dǎo)彈發(fā)射筒的制造上也開始采用先進的復(fù) 合材 料，如美 國 的“MX”導(dǎo) 彈、俄 羅斯 的“白楊M”導(dǎo)彈等。由于采用先進復(fù)合材料所制造出的導(dǎo)彈發(fā)射筒通過大幅度降低自身重量后能夠顯著提升導(dǎo)彈的靈活性。目前我國在這一方面也開展了相關(guān)的研究工作，并研發(fā)出了應(yīng)用先進復(fù)合材料所制造的儀器艙，能夠顯著提升戰(zhàn)略導(dǎo)彈的靈活性與機動性，有著十分出色的應(yīng)用效果。4. 2. 2 運載火箭結(jié)構(gòu)材料在運載火箭的鋼殼體材料中，某些發(fā)達國家早在上世紀(jì) 50 年代便開始應(yīng)用用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體，相比較于傳統(tǒng)鋼殼體，應(yīng)用這一材料能夠減輕超過 50% 以上的結(jié)構(gòu)自重，在這一基礎(chǔ)上，美國緊接著又研發(fā)了“MX”三級發(fā)動機殼體，芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料在其殼體上的應(yīng)用得到了十分優(yōu)秀的效果，此種結(jié)構(gòu)形式的殼體重量相較于纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體其重量又可進一步降低 50% 左右。在先進復(fù)合材料的快速發(fā)展過程中，將其應(yīng)用于運載火箭發(fā)動機殼體當(dāng)中的優(yōu)勢價值愈發(fā)突出［8］。當(dāng)前我國在運載火箭發(fā)動機殼體制造方面也開始逐漸采用先進復(fù)合材料，現(xiàn)已能夠?qū)⒎季]/環(huán)氧材料以及玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料成功應(yīng)用于運載火箭的發(fā)動機殼體之內(nèi)。在運載火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計方面充分應(yīng)用以先進復(fù)合材料，可實現(xiàn)對運載火箭發(fā)動機重量的大幅度減小，促進其發(fā)動機性能的顯著提升。4. 2. 3 衛(wèi)星和宇航器結(jié)構(gòu)材料衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量將會直接影響到衛(wèi)星本身的功能特性，針對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)采取輕型化設(shè)計現(xiàn)已成為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個主流趨勢。對通訊衛(wèi)星的推力桶應(yīng)用先進復(fù)合材料制造，其重量相較于傳統(tǒng)的鋁結(jié)構(gòu)可減小 30% 左右，所減小的重量可新增450 條以上的電話線，并且還能夠大幅度降低衛(wèi)星發(fā)射成本，有著極高的經(jīng)濟性效果。

5 先進復(fù)合材料的發(fā)展前景

先進復(fù)合材料的應(yīng)用已經(jīng)成為 評 價航 空 航天器制造水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時也是提高航空航天器結(jié) 構(gòu) 先 進 性 的 重 要 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 和 先 導(dǎo) 技 術(shù)。由于我國先進復(fù)合材料的應(yīng)用水平和國外發(fā)達國家還存在一定的差距，但是先進復(fù)合材料方面的研究已經(jīng)被國家通過大量投入來強化，其發(fā)展前景良好。未來先進復(fù)合材料的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下四個方面:

5. 1 智能化復(fù)合材料智能化研究，能夠給國家創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益，在未來智能型先進復(fù)合材料會應(yīng)用在航空航天器外表:在未來航空器表面增加各種傳感器，能夠?qū)χ車h(huán)境各種信息進行實時的檢測，以及通信，使用電子設(shè)備和其它飛機系統(tǒng)，保證飛機在某些特殊情況下平穩(wěn)操作。 

 5. 2 多功能化在減小航空航天器體積的基礎(chǔ)上，為了滿足航空航天器的突防能力要求，許多結(jié)構(gòu)部件需要同時具備多種功能以及優(yōu)良的性能，現(xiàn)階段，多功能先進復(fù)合材料的研究已經(jīng)從雙功能型向三功能型方向甚至多功能方向轉(zhuǎn)變。 

 5. 3 質(zhì)量輕、性能高目前，使用先進復(fù)合材料可以使航空航天器的質(zhì)量減輕 20% 左右，如果以現(xiàn)在的成績與國外的先進復(fù)合材料相減重 25% 以上的成績相比還存在不小差距，原因是現(xiàn)階段我國先進復(fù)合材料的整體性能較低，因此，在未來的發(fā)展過程中，應(yīng)該加強對復(fù)合材料強度、抗彎、抗剪能力以及整體性等方面的研究，研發(fā)出整體性好、強度高和韌性高的先進復(fù)合材料。

6 結(jié)語

綜上所述，雖然經(jīng)過了40 多年迅猛的發(fā)展，我國先進復(fù)合材料工業(yè)已經(jīng)發(fā)展為了一個成熟的體系，并且在航空航天領(lǐng)域也到了實踐應(yīng)用，得到了良好的反饋，但是與國外發(fā)達國家相比，還存在一些差距，所以我國先進復(fù)合材料研究、研發(fā)人員和生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該加快先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝等方面的研究，同時也要借鑒國外的相關(guān)經(jīng)驗和技術(shù)，解決未來可能出現(xiàn)的各種問題，以此進一步提高我國航空航天領(lǐng)域科技水平和技術(shù)水平。

參考文獻

［1］周慶慶. 先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2017 (17):11.

［2］湯旭，李征，孫程陽 .先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用［J］. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2016(9):39 － 42.

［3］唐聯(lián)洲 .航空航天復(fù)合材料現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.化工管理，2017(28):21.

［4］何東曉 .先進復(fù)合材料在航空航天的應(yīng)用綜述［J］.高科技纖維與應(yīng)用，2006，31(2).

［5］劉強 .碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2015，(22).

［6］高琳 .智能復(fù)合材料在航空、航天領(lǐng)域的研究應(yīng)用 ［J］.纖維復(fù)合材料，2014(1).

［7］王春凈，代云霏 .碳纖維復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23(2). 

作者：蔡菊生 單位：江蘇航空職業(yè)技術(shù)字院