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    探究航空航天领域中先进性复合材料的实际应用

    时间:2020-12-10 08:01:59 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站


      摘 要:目前,新材料已经朝着复合化发展,而先进复合材料则作为航空航天结构的一种基本材料得到了推广应用。其独具优势的特点不但包括较佳的耐高温与耐疲劳特性,还包括较高的比强度与比模量,并且在大面积整体成型方面都具有比较便利的突出优势,在飞机的材料应用上,不断地获得更高的重视。笔者将针对发展前景极佳的先进复合材料在航天航空领域的运用进行分析与探讨。
      关键词:新材料 复合化 航空飞机 优势
      中图分类号:V257 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)10(c)-0004-02
      与铝合金结构、钢结构材料等传统材料相比,先进性复合材料在综合性能上更具优势,其用量成为了代表着航空航天先进性的一个标志,占据着重要的地位。我国若要在竞争激烈的世界市场中站稳脚跟并且不断向前发展,就要对先进性复合材料这一被全球强国重视的核心技术进行深入研究与重点发展。
      1 先进复合材料的基本定义
      先进复合材料,简称ACM,即是在进行主承力结构与次承力结构等加工过程中,可以运用的刚度性能以及强度性能≥铝合金等传统材料的一种复合材料,不但在质量的轻度上占据优势,其比强度、比模量都更加高,还具有抗腐蚀、耐高温与低温、减震隔音及隔热的良好性能,并且具有较佳的延展性,如今被大量地推广应用在建筑行业、机械制造行业、医学行业以及航空航天行业等领域中[1]。
      2 先進复合材料的特点
      作为当今时代的主导材料,复合材料有着以下一些特点:首先是可设计性与各向异性,根据构件的使用要求与环境条件,可以在设计环节进行合理的组分材料选择、材料匹配,并且通过界面控制尽可能地满足预期要求,达到工程结构所需性能的标准要求。传统材料的运用上常见的材料冗余问题也可以很好地避免,实现材料结构的效能最大化。其次,复合材料的构件和材料一起形成,提高了结构的整体性能,无需过多的零部件,实现了加工周期的缩短与成本的减少。然后,复合材料在其复合效应下形成新性能,并不存在单一材料或几种材料简单混合的性能缺陷问题。
      再者,复合材料能产生很多功能,比如吸波和透波、防热和导电、透析和阻燃等等一系列功能,在结合其他先进技术的基础上,形成一种新复合材料,比如纳米复合材料、生物复合材料和智能复合材料等。最后,需要注意的是,在复合材料的成形过程中,其组份材料会发生物理变化与化学变化,使得复合材料构件性能在很大程度上依赖其复合工艺,难以准确地对工艺参数进行适当的控制,以至于性能具有较大的分散性。
      3 先进复合材料在航空航天领域的应用
      3.1 先进复合材料在无人机领域的应用
      现代战争理念的改变,使无人机倍受青睐。无人机除在情报、监视、侦察等信息化作战中的特殊作用外,还能在突防、核战、化学和生物武器战争中发挥有人军机无法替代的作用。无人机的发展方向是飞行更高、更远、更长,隐身性能更好,制造更加简便快捷,成本更低等,其中关键技术之一就是大量采用复合材料,超轻超大复合材料结构技术是提高其续航能力、生存能力、可靠性和有效载荷能力的关键。
      3.2 先进复合材料在民航客机的应用
      复合材料在民机结构上的应用近年来取得较大进展。复合材料的优点不仅仅是质轻,而且给设计带来创新,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/透波等其他传统材料无法实现的优异功能特性,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,复合材料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差别更明显。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和紧固件数目,从而减小结构质量,降低连接和装配成本,并有效降低总成本。
      3.3 先进复合材料在航空器领域的应用
      功能材料在航天领域的应用更为广泛,其中最重要的是返回式航天器的表面热防护功能材料。中国材料研究学会学者唐见茂研究指出,航天飞行器(导弹、火箭、飞船、航天飞机等)以高超声速往返大气层时,在气动加热下,其表面温度高达4 000 ℃~8 000 ℃;固体和液体火箭发动机工作时,燃烧室产生的高速气流冲刷喷管,烧蚀最苛刻的喉衬部位温度瞬间可超过3 000 ℃。
      4 结语
      通过以上的研究可以发现,随着航空航天技术的飞速发展,对材料的要求也越来越高。一个国家新材料的研制与应用水平在很大程度上体现了其国防和科研技术水平,因此许多国家都把新型材料的研制与应用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先进性标志之一是结构的先进性,而先进复合材料是实现结构先进性的重要基础和先导技术。我国将成为世界上先进复合材料的最大用户,笔者认为,我国应该针对国外技术封锁与国内技术储备不足的国情,不断地自主创新,努力探索原材料、设计问题,运用理论、低成本技术以及政策支持等一系列的解决方法,不断提高航空航天器的结构先进性,不断加强对先进复合材料先导技术的研究与发展。
      参考文献
      [1]唐见茂.航空航天复合材料发展现状及前景[J].航天器环境工程,2013,30(4):352-359.
      [2]樊建中,石力开.颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展[J].宇航材料工艺,2012(1):1-7.

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