復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用

《飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)技術(shù)講座（三）》結(jié)課報(bào)告班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：日期：2016年10月09日復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用前言現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開(kāi)復(fù)合材料，復(fù)合材料[1]對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的作用。復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球復(fù)合材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，亞洲尤其中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)較快。2003～2008年間中國(guó)年均增速為15%，印度為9.5%，而歐洲和北美年均增幅僅為4%。一．復(fù)合材料的簡(jiǎn)介復(fù)合材料，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草或麥秸增強(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。二．在航空中常用的復(fù)合材料60年代，為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。為了與第一代玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進(jìn)復(fù)合材料。按基體材料不同，先進(jìn)復(fù)合材料分為樹(shù)脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先進(jìn)復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù)合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)、機(jī)敏復(fù)合材料（具有感覺(jué)、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。目前航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較廣的復(fù)合材料航空主要包括樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。1．樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料有玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛、石英／酚醛、碳／酚醛、滌綸／酚醛材料和以不同樹(shù)脂為基體的低密度燒蝕材料。其中玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛和石英／酚醛材料屬于碳化--熔化型燒蝕村料，適用于中等焓值和中等熱流密度的工作環(huán)境再入飛行器和中等推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)防熱材料；碳／酚醛材料屬于碳化--升華型燒蝕材料，適用于能發(fā)揮升華效應(yīng)的較高焓值和較高熱流密度的工作環(huán)境，可用于更遠(yuǎn)距離再入飛行器和高性能固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等；滌綸／酚醛材料和低密度燒蝕材料適用于高焓、低熱流和較長(zhǎng)時(shí)間再入的航天飛行器如返回式衛(wèi)星和飛船等。樹(shù)脂基介電--防熱材料有高硅氧／聚四氟乙烯材料，它屬于升華--熔化型燒蝕材料，燒蝕過(guò)程中不生成碳，具有良好的透波性能，燒蝕性能與高硅氧／酚醛相匹配，用作航天器天線窗口材料。先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體、高性能樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比,它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強(qiáng)度與比模量遠(yuǎn)高于后對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)和發(fā)展的打算飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)（代碼082501）屬于工學(xué)大類，航空航天類。一般設(shè)有飛行器設(shè)計(jì)、飛行力學(xué)與控制、直升機(jī)設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等專業(yè)方面，主要研究的是各種航天飛行器，包括人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、深空探測(cè)器運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)等空間飛行器及導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)。飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)畢業(yè)生一般可從事飛行器結(jié)構(gòu)工程、民用機(jī)械、交通運(yùn)輸工程、船舶與海洋工程、工業(yè)與民用建筑工程、軟件工程等方面的設(shè)計(jì)與科研、教學(xué)工作，從事航天器、火箭、導(dǎo)彈等的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、研究、運(yùn)行維護(hù)等工作，還可從事航空和其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門的技術(shù)和管理工作。主要從事飛行器(包括航天器與運(yùn)載器)總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與試驗(yàn)，并從事通用機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的工作。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的強(qiáng)大，在國(guó)際上的地位逐漸提高，以及國(guó)際間綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，國(guó)家會(huì)對(duì)本專業(yè)相關(guān)職、行業(yè)的發(fā)展給以足夠的重視。而且，次新科技革命的興起、信息化時(shí)代的到來(lái)，對(duì)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的教育與科研也是一次極大的推動(dòng)。借助這樣的國(guó)際環(huán)境和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及良好的政策氛圍和廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，本專業(yè)在未來(lái)肯定會(huì)有一個(gè)質(zhì)與量的飛躍。由于國(guó)家大力發(fā)展航空及相關(guān)事業(yè)，所以近年來(lái)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的畢業(yè)生在找工作時(shí)真可謂炙手可熱、供不應(yīng)求，北京、上海、西安等地航天科技院所的骨干和其他高新技術(shù)的研制與開(kāi)發(fā)人員多半是從這一專業(yè)走出。但本專業(yè)的畢業(yè)生在擇業(yè)時(shí)，應(yīng)時(shí)刻謹(jǐn)記自己肩上的歷史重任，把在學(xué)校所學(xué)到的過(guò)硬專業(yè)知識(shí)無(wú)私地奉獻(xiàn)給祖國(guó)的藍(lán)天事業(yè)，力爭(zhēng)將“好鋼用在刀刃上。”不要因?yàn)樨潏D了眼前一時(shí)的利益，被暫時(shí)物質(zhì)利益所誘惑，而放棄了自己多年的專業(yè)學(xué)習(xí)。我國(guó)的空間技術(shù)研究的歷史還不是很長(zhǎng)，這方面的后備人才非常短缺。而培養(yǎng)出一個(gè)專門人才，國(guó)家會(huì)付出太大的代價(jià)，太多的時(shí)間。如此，出于對(duì)國(guó)家的利益，擇業(yè)時(shí)的選擇應(yīng)該拿準(zhǔn)。近年來(lái)，本專業(yè)的畢業(yè)生還有一個(gè)趨勢(shì)——出國(guó)深造。這種選擇未嘗不可。到國(guó)外學(xué)習(xí)了他人先進(jìn)的