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航空材料发展d
褚浩侠、邓淼、方志强、胡福谊、黄健丰、金溢 第一章 远古的梦 第二章 战争的催化 之后德国人和法国人注意到了飞机在军事上的重要作用,第一次世界大战初期,飞机首先用于战场上空指引炮兵射击、侦察和轰炸,飞机逐渐发展为装备有手枪、手榴弹而后发展成为机枪、炸弹而颇具攻击性得战场杀手。这就是歼击机的鼻祖。限于当时技术的影响,飞机的材料仍然局限于木质和帆布。之后硬铝的出现给机体结构带来巨大的变化。1910~1925年开始用钢管代替木材作机身骨架,用铝作蒙皮,制造全金属结构的飞机。金属结构飞机提高了结构强度,改善了气动外形,使飞机性能得到了提高。飞机的时代已经开始了。 第一次世界大战结束后,各国都没有停止对全金属结构的战斗机的探索,在二战中,飞机得到了更加广泛的使用。人们此时更加致力于寻找材料可以使飞机的行动更加敏捷。40年代全金属结构飞机的时速已超过 600公里。 铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。适合用于承载大重量的中等结构材料中。 铝合金的用量 波音767客机:81% F-15高性能战斗机:35.5% 第三章 新星:钛合金 二战结束后,航空领域取得巨大进步,50年代末喷气式飞机的速度已超过2倍音速,给飞机材料带来了热障问题。铝合金耐高温性能差,在200°C时强度已下降到常温值的1/2左右,需要选用耐热性更好的钛或钢,这主要是因为铝合金和钢在不少情况下已不能满足先进飞机在减轻结构重量和提高飞行速度(相应地提高零部件工作温度)等方面的新实求,而钛合金和复合材料仿优良性能恰恰适应了先进飞机发展的客观需要。 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛,882℃以上为体心立方的β钛。 钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。 钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。它是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料,比重、强度和使用温度介于铝和钢之间,但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。 第四章 近世的探索 20世纪60年代以硼/环氧为代表的先进复合材料问世,这源于军机结构减重需要,复合材料逐渐得到了航空工业的认可和推广到其他非军事航空领域。为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要,先后研制和生产了以高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)为增强材料的复合材料。 根据飞机不同位置对材料的不同要求,使用不同材料以达到最大化的减轻飞机重量并提高飞行速度的目的。这就是我们不断探索寻求新材料的目的。现在,铝、钛、钢和复合材料已成为飞机的基本结构材料 。 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。 用于构建飞机的复合材料,最基本要求具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能。 接下来为你们介绍几种复合材料: 树脂基复合材料最早于1932年在美国出现,1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机。进入20世纪70年代,出现了先进复合材料(Advanced Composite Materials, 简称ACM)树脂基复合材料具有以下优点: 比模量、比强度高;抗疲劳性好;减震性好;过载安全性好;具有多种功能(耐烧蚀性好等);成型工艺简单;材料的结构、性能具有可设计性。 应用于航天领域的树脂基复合材料主要有“环氧”和“双马来酰亚胺”(这两种都属于热固性树脂)和其他的高性能树脂等。 环氧树脂(epoxy Resin )指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能,它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度,介电性能良好,变定收缩率小,制品尺寸稳定性好,硬度高,柔韧性较好,对碱及大部分溶剂稳定。 环氧树脂通常用于一些工作温度较低的进气道和框架等。这是由于其耐热性相对较低。这种复合材料的另一个应用为环氧树脂点焊胶。环氧树脂点焊胶是指(epoxy resin adhesive)一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂,环氧树脂胶一般还应包括环氧树脂固化剂,否则这个胶就不会固化。可粘接
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