復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用

《飛行器設(shè)計與工程專業(yè)技術(shù)講座（三）》結(jié)課報告班級：學(xué)號：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)展離不開復(fù)合材料，復(fù)合材料[1]對現(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，已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)先進水平的重要標志之一。進入21世紀以來，全球復(fù)合材料市場快速增長，亞洲尤其中國市場增長較快。2003～2008年間中國年均增速為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補短，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脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強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40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強塑料（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。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、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）為增強材料的復(fù)合材料，其比強度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進復(fù)合材料。按基體材料不同，先進復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先進復(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)、機敏復(fù)合材料（具有感覺、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．樹脂基復(fù)合材料樹脂基復(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)動機防熱材料；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，可用于更遠距離再入飛行器和高性能固體火箭發(fā)動機噴管等；滌綸／酚醛材料和低密度燒蝕材料適用于高焓、低熱流和較長時間再入的航天飛行器如返回式衛(wèi)星和飛船等。樹脂基介電--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。先進樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復(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,且比強度與比模量遠高于后對所學(xué)專業(yè)的認識和發(fā)展的打算飛行器設(shè)計與工程專業(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、飛行力學(xué)與控制、直升機設(shè)計、空氣動力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)強度等專業(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、深空探測器運載火箭、航天飛機等空間飛行器及導(dǎo)彈的設(shè)計。飛行器設(shè)計與工程專業(yè)畢業(yè)生一般可從事飛行器結(jié)構(gòu)工程、民用機械、交通運輸工程、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)計與科研、教學(xué)工作，從事航天器、火箭、導(dǎo)彈等的設(shè)計、實驗、研究、運行維護等工作，還可從事航空和其他國民經(jīng)濟部門的技術(shù)和管理工作。主要從事飛行器(包括航天器與運載器)總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究、結(jié)構(gòu)強度分析與試驗，并從事通用機械設(shè)計及制造的工作。隨著我國經(jīng)濟實力的強大，在國際上的地位逐漸提高，以及國際間綜合國力競爭的日趨激烈，國家會對本專業(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、信息化時代的到來，對飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的教育與科研也是一次極大的推動。借助這樣的國際環(huán)境和國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，以及良好的政策氛圍和廣闊的消費市場，本專業(yè)在未來肯定會有一個質(zhì)與量的飛躍。由于國家大力發(fā)展航空及相關(guān)事業(yè)，所以近年來飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的畢業(yè)生在找工作時真可謂炙手可熱、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，應(yīng)時刻謹記自己肩上的歷史重任，把在學(xué)校所學(xué)到的過硬專業(yè)知識無私地奉獻給祖國的藍天事業(yè)，力爭將“好鋼用在刀刃上?！辈灰驗樨潏D了眼前一時的利益，被暫時物質(zhì)利益所誘惑，而放棄了自己多年的專業(yè)學(xué)習(xí)。我國的空間技術(shù)研究的歷史還不是很長，這方面的后備人才非常短缺。而培養(yǎng)出一個專門人才，國家會付出太大的代價，太多的時間。如此，出于對國家的利益，擇業(yè)時的選擇應(yīng)該拿準。近年來，本專業(yè)的畢業(yè)生還有一個趨勢——出國深造。這種選擇未嘗不可。到國外學(xué)習(xí)了他人先進的