文档介绍：新型材料在航空制造领域的应用
朱丽娅
近几十几年来,为了适应国防建设和国民经济发展的需要,新一代飞行器的不断问世,并朝着高性能、轻重量、长寿命、高可靠、舒适性以及降低制造成本的方向发展,面对着新的技术要求,必然需要更加先进的材料来支持,这就对各国航空材料提出了严峻的要求。为了研制高性能新型战机、大型军用运输机、特种军用飞机和武装直升机,各国政府和军方不断推出新的研究计划,投入巨额资金,开发先进材料及其专用设备,基本建立了飞机先进材料发展的基础。
一、发展背景与历史
飞机材料的发展经历了以下阶段
20世纪初——木材、布和钢
1910-1925年——钢管作机身骨架+铝作包皮
50年代末喷气式飞机——耐热性更好的钛或钢
60年代出现3倍音速的SR-71全钛高空高速侦察机和不锈钢占集体结构重量的69%的XB-70轰炸机
70年代以后越来越多的使用碳或硼纤维增强的复合材料,铝、钛、钢和复合材料已成为飞机的基本结构材料。
二、新型材料
锂铝合金
复合材料
先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料,它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等
具备了较高的比强度、比刚度,抗疲劳、耐腐蚀、成形工艺性好及可设计性强等特点,现已成为飞机结构中与铝合金、钛合金和钢并驾齐驱的四大结构材料之一。
作为一种发展潜力很大的低温结构材料,用作航天飞行器中的大型低温液体燃料箱等
具有很高的强度和良好的高温和低温性能
有很好的超塑成型性能
强度、延伸率和断裂韧性等力学性能,均随温度降低而显著提高
新材料是航空航天技术的重要基础,航空航天技术的发展又不断对材料科学提出新的问题要求。
空中客车A380(Airbus A380)是欧洲空中客车工业公司研制生产的四台发动机、550座级超大型远程宽体客机,空中客车A380投产时也是全球载客量最大的客机,空中客车A380有空中巨无霸之称。
三、应用现状
锂铝合金
由于锂活泼,使得A1-Li合金的冶炼和加工工艺比较复杂,但通过采取一些相应的保护措施,A1-Li合金仍可采用常规的设备和工艺进行压力加工、热处理、表面涂层及阳极化处理等。目前影响A1-Li合金在实际生产中使用的主要障碍仍然是其塑性和韧性低等缺点。人们采用快速凝固和粉末冶金等方法制备性能优良的A1-Li合金。
目前,美、英、法及东欧等国家已将A1-Li合金应用于实际生产中。如在波音飞机、 F—15战斗机、EFA战斗机及新型军用运输机等一些结构件上都已成功的采用2090、8090等合金制造。英国航空公司预测A1-Li合金在飞机结构件上的质量占33%。
我国A1-Li合金的研究工作起步较晚,目前仍处于研究阶段,距实际应用还有一段距离,相信在不久的将来就会在生产实际中使用。
纤维增强树脂基复合材料
纤维增强树脂基复合材料具有优异的综合性能,制备工艺容易实现,原料丰富。在航空工业中,树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、平尾、发动机外涵道,也可以用于发动机喷管的烧蚀防热材料、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。
A380机型选用纤维增强树脂基复合材料的部分示意图
四、我国航空材料工业存在的主要问题
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低水乎材料多
而
高水乎材料少
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仿制材料多
而
创新材料少
单一用途的材料多而
一材多用的材料少
获奖励的材料多
而
真正用上的材料少
立项研制的材料多而
改进改型的材料少
五、发展我国航空材料的建议
加大对现有材料改进改型研究力度
加强对新材料的研究
加强特种工艺及理化测试技术的研究开发
建立中国航空材料体系式发展我国航空材料体系的重要步骤,是一项开拓性的工作,应本着循序渐进、逐步实施的原则,才能形成中国航空材料体系
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