航空航天材料力学发展史.ppt

机械设计 我们的前辈 公元前500－400年中国人就开始制作木鸟并试验原始飞行器 . 中国古人在很早的时候就开始制作木鸟，以此寄托人类渴望在空中飞行的梦想。从古人的许多著作中，会发现制作能飞木鸟的众多记载。古书中称木鸟为木鸢、鹊、鹄等名。《韩非子·外储说》记载着：墨子经三年制成的木鸢，飞行了一天就坏了；他的学生安慰他说，老师技术高超，木鸢虽然坏了，但毕竟飞成功了。在《墨子·鲁问》中也有公输班用竹木制成了能飞三天的飞鹊的记述。墨子是鲁国的哲学家和科学家，公输班就是传说中的能工巧匠鲁班。有关他们制作木鸟的历史，大约发生在公元前500至400年期间。除他们二人外，还有如张衡、韩志和、高骈等木鸟制造家。其中汉朝张衡知名度最高，因他既是天文学家，又是浑天仪和候风地动仪的发明者。《太平御览·文土传》中就有张衡制造木鸟的记载。所存史料确凿表明在公元前400年，中国人就已经使用竹木在尝试制作能飞的原始器械了。这一点，得到世界科学界的一致认同。  中国航空近代发展史 1909年9月21日 中国人的第一架飞机——由冯如制造并驾驶在美国的奥克兰市郊区试飞成功。 1954年7月25日 南昌飞机厂试制雅克-18(初教-5)型教练机成功，并通过国家鉴定。 1958年7月 中国自行设计制造的歼教-1型喷气式教练机在沈阳首飞成功。 1966年1月17日 国产歼-7型飞机首次试飞成功并于12月28日定型投入批量生产。 航天材料 航天材料的种类非常多。选择起来的要求却非常苛刻。有些要求能抗高温、抗高压，如发动机推进剂药柱燃烧时会产生3000摄氏度以上的高温，6MPa的高压，瞬时产生2500摄氏度的温差热冲击，这就要求发动机的材料具有耐高温、高压的性能。有的火箭使用液氢液氧作推进剂，这样火箭储存罐的材料就需要能够承受超低温，还要抗腐蚀、抗烧蚀。而像潜地导弹的选材则必须能够承受巨大的水下载荷，同时还要具有隐身性能好，抗干扰性强，可耐受恶劣环境等特点。 美国某公司的一名技工曾把一枚废旧的铆钉装在航天飞机上，被发现后，这家公司被罚款一亿美元，而这名技工则被判了20年徒刑。 　　我国1991年12月28日发射的东方红2号甲通讯卫星就是因为一个小小的继电器中残留有金属屑而导致失效。 航空航天材料的发展趋势 · 高性能 主要是轻质、高强、高模、高韧、耐高温和低温、抗氧化、耐腐蚀等性能。· 高功能及多功能 功能材料在航空航天飞行器中的作用越来越重要。如美国发展了F-117隐身飞机、B-2隐身轰炸机，而我国军用飞机与之有较大差距。隐身材料进一步向结构隐身材料发展，要求承载与隐身结构一体化，发展为能同时兼顾雷达、热红外、可见光、近红外的多频谱兼容和融结构承载、隐身、防雷击、抗静电等多功能为一体的隐身材料。 · 复合化 复合材料可以明显减轻结构重量和提高结构效率，是航空航天材料的重要发展趋势。如美国必威体育精装版研制的第四代军用歼击机上树脂复合材料的结构重量已占整机重量的24％。国外新一代运载火箭、战略导弹及推进系统的关键材料几乎已经复合材料化。 · 智能化 包括材料及材料的制备加工、性能的智能检测控制、智能材料和结构等。这是21世纪的重要发展趋势，如未来飞机的智能机翼便要求智能材料和结构的支撑。。 · 低成本 就目前发展趋势，碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天结构上的更广泛应用，主要依赖于碳纤维成本降低方面的突破性进展。 · 高环境相容性 可持续发展是人类在地球上赖以生存的重要前提，在大气层内和大气层外的航空航天飞行器所用材料及其制备加工和回收，必须具有高度的环境相容性，无污染和易回收 * * * * * * * * * * * * * * * * * * ⊙1999年6月，“神舟”一号专列进场，开始了中国航天史上第一艘试验飞船的发射试验。 ⊙2003年10月15日，“神舟”五号载人飞船在酒泉卫星发射中心顺利发射成功，太空人杨利伟在绕地球14周后，安全着陆。 航天材料钛金属比一般碳素纤维坚硬250% 此外，对某些材料的细节要求也非常严格。如结构材料的微观结构、晶粒度、夹杂；功能材料的功能参数灵敏度；精密合金材料的导磁率、矫顽力、剩磁；电绝缘介质的电阻率、击穿强度、损耗、介电常数；微波复合材料的透泼性和吸收性；密封灌注材料的密封性；粘合剂的粘合强度等都有极细致的要求。航天材料的选用需要非常慎重。一发火箭、导弹、卫星往往上亿元，如果选材不当造成发射失败，损失无法估量。1986年1月美国航天飞机挑战者号在进行第10次飞行时，右侧固体发动机后部连接处密封材料失效，液体外漏，导致升空73秒后爆炸。7名机组成员全部遇难。 产新型轻质航空航天发动机材料 北科大新金属材料国家重点实验室经过20年的研究，发展了高温高性能高铌钛