先进复合材料在航空航天舰船上的应用.ppt

先进复合材料在航空航天，舰船上的应用 复合0802 谢骏 美国F-22猛禽战机 先进复合材料在航空发动机上的应用 美国通用电器飞机发动机事业集团公司(GE-AEBG)和惠普公司等，都在用先进复合材料取代金属制造飞机发动机零部件，包括发动机舱系统的许多部位推力反向器、风扇罩、风扇出风道导流片等都用先进复合材料制造。如发动机进气罩的外壳是由美国聚合物公司的碳纤维环氧树脂预混料(E707A）叠铺而成，具有耐177 ℃ 高温的热氧化稳定性，壳表面光滑似镜，有利于形成层流。又如FW4000型发动机有80个149 ℃的高温空气喷口导流片，也是碳纤维环氧预浸料制造的。 4、先进复合材料在舰船上的应用 德国开发出碳纤维环氧树脂螺旋桨，该螺旋桨的浆叶高强度，比金属轻25%～35% ，有利于高速艇的加速，有良好的阻尼性能, 可使噪声等级相对于金属浆下降5dB 。 如今，复合材料在舰船上层建筑、桅杆、舱壁、甲板、推进器轴、螺旋桨、舵、管路系统等中都有大量应用。 复合材料在舰船应用中遇到的困难是对复合材料还缺乏设计计算规则、丰富的实验数据，所需资料和方法还不充分和完善。 谢谢大家！ * 1 先进复合材料在航天器中的应用 航空航天器材料的应用要求： 航空航天器不仅要求具有一定的先进性和极高的可靠性（特别是载人航天器），而且要求尽量减轻结构重量，以增强有效载荷。如航天飞机固体火箭助推器采用石墨/环氧复合材料取代钢壳体，可减重量30%，使航天飞行运输能力增加2.1吨，因此要求材料具有极佳的综合性能，特别是高比强度、比刚度，足够的断裂韧性等。 航空航天器需要在大气层空间高速飞行，同时要防止敌方探测或攻击，因此要求具有耐高温、耐真空、耐腐蚀、耐冲击、抗粒子云、抗核辐射、抗激光、抗噪声、隐身等多种功能。 航空航天器性能先进，造价昂贵，又要求材料尽可能减少研制、生产和加工费用，或为节约战略资源而选用代用材料。随着航空航天事业的迅猛发展和现代立体战争的出现，具有优异性能的复合材料的应用比率不断增加。 复合材料具有质量轻，较高的比张度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、减振、耐高(低)温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点，被大量地应用到航空航天等军事领域中，是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。 代表航空航天技术开发水平的一个重要标志是看复合材料使用数量的多少。 减轻航天器质量 航天器的质量是其性能的重要影响因素。 导弹/火箭质量越轻，自然飞行速度越快，射程也越远。 导弹壳体材料对射程的影响 减轻航天器质量 对于多级火箭，其质量主要集中在各级发动机、级间段和连接器上，因此减重的着眼点也在此。目前复合材料在上述部位已大显身手。 美国通用动力公司的康维尔宇航分公司设计的直径为2.13m、高为2.34m的“阿特拉斯”5导弹连接器，除口盖采用金属材料外，其他部位都采用碳纤维增强环氧树脂复合材料。它比同样设计的铝结构材料轻42.6kg，减重约44%。 此外，采用碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料可制造火箭的仪器舱等。无疑，这些碳纤维增强复合材料结构件将使其质量大大减轻，从而提高其射程并改善其性能。 我国在“风云二号气象卫星”及“神舟”系列飞船上均采用了碳/环氧先进复合材料做主承力构件，大大减轻了整星的质量，降低了发射成本。 航天飞机的轨道飞行器有效载荷舱门也是用碳纤维增强塑料制成的。这个大型制件的半径为2.7m，高2m，长18.3m，整个舱门重1451.5kg，比铝制件降低430.9kg，减重23%。 碳纤维复合材料还可用作卫星的太阳能电池板。例如，德国MBB公司研究一种功率在千瓦以上的伸长式“硬”太阳能电池板，采用碳纤维增强铝芯夹层结构，在横向加速条件下，太阳能电池板承受的挠度仅有55mm，而且大大减轻了质量。 卫星在轨道上飞行时，要经得起太空环境剧烈的温度交变（白天100℃，夜间- 100℃ ），以及阳面与阴面的温度差。 碳纤维复合材料的热膨胀系数小，可满足这种环境的要求。 适应空天环境 向阳面与背阳面温差260OC 1997年服役，目前世界性 能最佳的制空战机之一 55%机身采用高強度、低重量 的复合材料 估计单价超过 2 亿美元 2 复合材料在航空中的应用 飞行器发展史也可以看成是材料应用的发展史，每当一类新型的、高性能飞机出现，都可证明是新材料的研究与应用发展的结果。当代飞机系列分析表明，往往可以用复合材料的用量多少来判断飞机的先进性。 航空发动机材料发展预测 4、先进复合材料在舰船上的应用 舰船材料（尤其是结构材料）的应用与发展是与舰艇的航海特性、作战能力和海洋环境密切相关的。