航材院九九年科研工作总结.ppt

一代材料技术 一代大型飞机 一、 前言 ● 一百多年来，材料与飞机一直在相互推动下不断发展，飞机机体的材料结构经历了四个阶段的发展，正在跨入第五阶段。 二、 欧美新一代大型飞机的材料技术特色 空客民机机体上钛合金和复合材料的用量（%） 复合材料在军民用飞机上的应用增长趋势 大型飞机钛用量随年代的变化 C-17运输机 欧洲军用运输机 A400M 空中“泰坦尼克”A380，铝合金61%，复合材料用量22%，钛合金用量10%。 空中客车 A350 波音787 A380选用纤维增强树脂基复合材料的部位 波音787选材 2. 一些具有新意的材料技术崭露头角 (2) A380率先在中央翼盒上大量采用复合材料（原为全金属结构）。波音787则进一步发展为全复合材料翼盒直至全复合材料机翼。 (3) 液态复合成形(LCM)已作为成熟的工程技术应用于新一代大型飞机。 (4) 波音787、A350等大型客机用的GenX发动机采用了复合材料前风扇机匣和带钛前缘的复合材料风扇叶片 (5) A380和波音787分别选用了层间混杂复合材料（纤维金属层板）GLARE和TiGr (6) A380是首次推出全钛挂架的飞机，A350也采用全钛挂架，均选用β退火的Ti-6Al-4V ELI。 (7) 新型高强高韧近β型钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr首次在A380平台上闪亮登场 ◇ 一大型军用运输机用的钛合金铸件 (9) 第三代铝锂合金在A350、A380上的大量应用是空客新一代飞机的一大特色 (10) 新型高强铝合金7085的问世为特大锻件在A380上的应用开辟了道路 7085铝合金的基本性能 三、关于我国大型飞机选材原则的建议 ● 以“梦想飞机”B787大量选用复合材料为典例 ◇ 环保性 ● 我国大型飞机的选材也必须充分考虑这四个“性” 2. 必须充分考虑大运与大客“材料共用，成果共享”的原则 3. 必须尽早具备自主供应关键材料的能力 4. 必须重视先进材料特别是具有中国特色的先进材料的选用 四、 结束语 已有高强铝合金的锻件或厚板的厚度均有一定限制，例如7055 限于 38mm，7150虽较理想，其厚度也不允许大于 120mm。为了能获得厚度更大的高强铝合金锻件或厚板，美国Alcoa公司开创了一个具有专利权的7085铝合金，由于淬透性好，其最大厚度可达300mm。 7085铝合金的成分特点是锌镁比大和控制的Fe、Si含量很低（见下表） 7085铝合金的化学成分 　7085合金制成的A380飞机后翼梁是迄今为止最大的一个飞机模锻件，尺寸为6.4米长，1.9米宽，重约3900公斤。 　Alcoa公司与飞机制造商合作制造一支线飞机的紧急出口舱门用的7085铝合金整体锻件，将零件数由147个减至40个，紧固件由1400个减至450个，使装配时间减少80%，生产占地面积减少60%，成本降低20～25%，减重20%。 1. 必须在更高的层次上综合评估安全性、经济性、舒适性和环保性 ●　与战斗机等较小型的飞机相比，大型飞机对材料的要求具有四个“更高”的特点 更高安全性 更高经济性 更高舒适性 更高环保性 ◇ 安全性 这首先取决于材料的技术成熟度。美国把成熟度分为10级，级别越高，成熟度越高。在波音公司看来，复合材料经过30多年的研究和应用，技术上已十分成熟，当前在B787上把用量扩大至50%是安全的。 ◇ 经济性 与铝合金相比，复合材料的损伤容限和抗蚀性要好得多，这显著有利于耐久性的提高，同时也提高了安全性。 虽然复合材料比铝合金贵得多，但飞机结构重量大幅度减轻所带来的经济效益（包括燃油消耗降低3%等）远远超过了它的负面效应。另外，B787的外场维护间隔时间从B767的500小时提高到1000小时，维修费用比B777低32%等也带来了可观的经济效益。 由于采用了整体结构的复合材料机身，使B787客舱的舷窗尺寸加大30%至 280mm ×480mm，这意味着旅客可以在更大的视野下观看窗外的精彩世界。 由于复合材料结构具有优于铝合金的抗疲劳和抗腐蚀特性，可将客舱湿度和气压有所提高，气压从现有客机相当于外界2400米高度的气压改善至相当于外界1800米高度的气压，让旅客享受更舒适的空中旅行。 ◇ 舒适性 2007年7月8日，波音787在总装厂首次隆重向全世界正式亮相。之前，已获677架订单（中国订购60架），总价值高达1100亿美元。为什么能赢得如此多客户呢？非常重要的一个原因是由于机身轻和发动机好而节省20%燃油，有利于经济性和环保性。 我国的大型客机在将来推出之时，仍应具有当时的国际竞争力。也就是说，在四个“性”方面要具有与届时波音、空客同类客机竞争的能力。这个要求非常高，难度很大。设计人