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樹脂基復(fù)合材料在航空航天的應(yīng)用|復(fù)材云集|復(fù)合材料

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-11-16 17:54:56    瀏覽次數(shù):496    評論:0
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樹脂基復(fù)合材料因具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性,發(fā)展前景廣闊。另外,樹脂基復(fù)合材料具有功能多樣化、成型過程簡便、材

樹脂復(fù)合材料因具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性、減震性,發(fā)展前景廣闊。另外,樹脂基復(fù)合材料具有功能多樣化、成型過程簡便、材料結(jié)構(gòu)及性能可塑性強等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、體育器材行業(yè)、機械電子制造業(yè)、航天工業(yè)以及煤礦工業(yè)等領(lǐng)域。隨著最近幾年經(jīng)濟的快速增長,樹脂基復(fù)合材料的用途也越來越廣泛,深受制造行業(yè)的青睞。采用復(fù)合材料可實現(xiàn)武器系統(tǒng)的輕量化,從而提高快速反應(yīng)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(yè)已得到普遍應(yīng)用。目前采用復(fù)合材料制造的零部件現(xiàn)已成為航空、航天、兵器、船舶等國防產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要組成部分。

軍事領(lǐng)域

為滿足新一代戰(zhàn)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(zhàn)機無一例外都大量采用了復(fù)合材料機構(gòu),用量一般都在20%以上,有的甚至高達35%,結(jié)構(gòu)減重效率達30%。目前世界先進軍機中復(fù)合材料用量占全機結(jié)構(gòu)重量的20%-50%不等,主要應(yīng)用復(fù)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(lǐng)域

民用飛機更加考慮飛機的安全性和經(jīng)濟性,因此在復(fù)合材料的應(yīng)用上比較謹慎。但隨著復(fù)合材料技術(shù)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(fù)合材料部件。與軍機類似,民機復(fù)合材料的部件也從小承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件發(fā)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(shè)計當中,對材料的選擇非常關(guān)鍵。民機的選材將直接影響民機的運營費用。用樹脂基復(fù)合材料制造飛機部件比傳統(tǒng)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(shè)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(yīng)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(fā)展,迫使工業(yè)界采取最先進的制造技術(shù)來提高材料的性能和降低成本。民用飛機中復(fù)合材料部件的使用率一直在不斷增加。


 

直升機

直升機對復(fù)合材料應(yīng)用非常顯著。軍用、民用和輕型直升機均大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料,的直升機復(fù)合材料用量已達到結(jié)構(gòu)重量的40%-60%。例如,美國武裝直升機科曼奇(RAH-66)的復(fù)合材料使用量為50%;歐洲NH-90直升機的復(fù)合材料使用量達到80%,接近全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

V-22旋翼飛機是一種新型的飛行結(jié)構(gòu),可以垂直起降,傾旋轉(zhuǎn)翼后又能高速巡航,復(fù)合材料使用量為51%,包括機身、機翼、尾翼、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等均為復(fù)合材料制成,也是一個全復(fù)合材料的飛機。航空發(fā)動機隨著航空發(fā)動機性能不斷提高,特別是質(zhì)量不斷減輕,在依靠整體葉盤、整體葉環(huán)、空心葉片和對轉(zhuǎn)渦輪等新穎結(jié)構(gòu)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(fù)合材料。經(jīng)過多年的實驗和經(jīng)驗積累,航空發(fā)動機上越來越多的部件采用復(fù)合材料部件,而且各國紛紛都向這個方向努力。

火箭發(fā)動機

纖維增強復(fù)合材料具有放熱、隔熱、耐高溫等特性,廣泛的應(yīng)用于航天工業(yè)上。例如,在防熱方面,高強度玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料可以用作多管遠程火箭彈和空空導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)材料和耐燒蝕隔熱材料,實現(xiàn)了噴管收斂段、擴張段和尾翼架整體化,大大減輕了武器質(zhì)量,提高戰(zhàn)術(shù)性能。

衛(wèi)星通信

在衛(wèi)星和航天器上,美國和歐洲的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量不到總質(zhì)量的10%,原因就是廣泛使用了先進復(fù)合材料。目前,衛(wèi)星的微波通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和各種支撐結(jié)構(gòu)件基本上實現(xiàn)了復(fù)合材料化。

艦船領(lǐng)域

艦船復(fù)合材料技術(shù)也有迅速的發(fā)展,已基本達到了實際應(yīng)用水平,簡化制造、降低成本成為當前技術(shù)的重點。美國海軍裝備已經(jīng)大量應(yīng)用復(fù)合材料,例如“福特”號航母、“弗吉尼亞”級潛艇、DDG1000驅(qū)逐艦等。英國海軍的45型驅(qū)逐艦也安裝了夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)管也采用了纖維增強泡沫夾芯復(fù)合材料。


先進樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用是技術(shù)推動、成本降低等方面取得的重大進展,先進樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛,從而提高了軍民用飛機及發(fā)動機的技術(shù)性能和經(jīng)濟性能;另一方面新一代軍民用飛機及發(fā)動機的發(fā)展又對材料性能提出了更高的要求,迫使工業(yè)界采取最先進的設(shè)計和制作技術(shù)來提高材料的性能和降低成本,從而又促使先進樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展。(來:艾科復(fù)材AFRP)

 
(文/小編)
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