航天飞行新材料的应用介绍课件.ppt

F-18战斗机战斗机应用复合材料的飞机TAG公司公司推出全复推出全复合材料机合材料机体无人直体无人直升机升机  1. 1. 新材料之碳新材料之碳/ /碳纤维复合材料碳纤维复合材料（（CFRP）） 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度 CFRP的特性的特性 (1)密度小 (2)比强度、 比模量高 (5)抗振性能好 (3)设计上的先进性 (4)良好的抗疲劳特性 (6)高温性能好(7)破损安全性高(8)易于大面积整体成形CFRP在运载火箭方面的应用在运载火箭方面的应用CFRP CFRP 在运载火箭方面在运载火箭方面, ,由于具有耐高温由于具有耐高温 比强度比强度高和比模量高等力学特高和比模量高等力学特性性, ,常被应用在火箭的排常被应用在火箭的排气锥体气锥体 发动机的盖壳体发动机的盖壳体 燃烧室发动机喷管喉衬燃烧室发动机喷管喉衬 扩散段以及整流罩等部扩散段以及整流罩等部位位 。

目前目前, ,运载火箭上所运载火箭上所采用的采用的 CFRP CFRP件在质量上件在质量上比铝合金构件节省约比铝合金构件节省约10% 10% ～～25%25%CEPCEP火箭有效载荷整流罩火箭有效载荷整流罩CFRP在卫星天线中的应用天线是任何卫星都不可缺少的星载设备，它天线是任何卫星都不可缺少的星载设备，它一般均安装于卫星外表面，当观察一颗卫星一般均安装于卫星外表面，当观察一颗卫星时，天线往往是最容易看到的部分，不同用时，天线往往是最容易看到的部分，不同用途的卫星通常需要不同用途的天线，即便同途的卫星通常需要不同用途的天线，即便同一颗卫星，为了完一颗卫星，为了完成不同的功能要求，往往需要多种天线，如成不同的功能要求，往往需要多种天线，如美国［美国［1414］］ACTS 1ACTS 1卫星卫星( (如图如图 所示所示) )上包含着上包含着各种用途的反射天线各种用途的反射天线 接收天线接收天线 遥控天线和遥控天线和 波段全向天线等波段全向天线等卫星上安装的大型抛物面天线等强方向天线要求在温度急剧变化的空间环卫星上安装的大型抛物面天线等强方向天线要求在温度急剧变化的空间环境中仍然能够保持稳定的外形，这就需要采用线膨胀系数极小的材料。

境中仍然能够保持稳定的外形，这就需要采用线膨胀系数极小的材料CFRPCFRP料，即具有较好的热稳定性料，即具有较好的热稳定性 由于由于 的可设计性，可以通过选择碳纤维的可设计性，可以通过选择碳纤维的单层铺设角的单层铺设角 铺层比和铺层顺序来获得抛物面天线所要求的刚度铺层比和铺层顺序来获得抛物面天线所要求的刚度 强度以及强度以及极小的线膨胀系数极小的线膨胀系数 大型抛物面天线一般大型抛物面天线一般CFRPCFRP采用高强度和高刚度的采用高强度和高刚度的 蜂窝蜂窝夹层结构，能承受主动段的静夹层结构，能承受主动段的静 动力载荷，以及良好的微波反射特性等动力载荷，以及良好的微波反射特性等2、新材料之陶瓷陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料新型陶瓷材料新型陶瓷材料结构图结构图结构陶瓷结构陶瓷纤纤维维陶陶瓷瓷陶瓷基复合材料 1.定义：陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料维复合的一类复合材料 2.优点：耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等抗腐蚀等 3.缺点：具有脆性具有脆性4.应用：航天航空器、火箭发动机、导弹、航天航空器、火箭发动机、导弹、未来航空发动机及其材料未来航空发动机及其材料陶瓷基复合材料在导弹中的具体应用 C／C复合材料作为烧蚀材料早在 70年代就被用于洲际导弹弹头的端头帽、导弹的喷管和鼻锥。

Rockwell国际公司的Roeketdyne公司为战略防御计划的动力杀伤武器研制了迄今世界上推重比最高、由c／c制造的发动机目前正在研制的超音速战术导弹采用同种燃烧室和喷管组合成固体火箭冲压式发动机，对发动机能够允许的形状变化提出了更高要求，为此需要采用c／c或陶瓷复合材料超音速和低高音速飞行的导弹面临气动加热和侵蚀的环境也宜使用陶瓷复合材料石英、Al203和耐高温玻璃是当前用于作战导弹天线罩的代表材料为克服高超音速导弹在几秒内迅速加热到马赫数大约为5时而突然产生瞬 时特别大的温度和热应力更需发展高性能CMCn陶瓷材料既是最古老的传统材料，又是最年青的近代研究成果它和金属材料、高聚物材料一起构成了工程材料三大支柱随着陶瓷脆性的克服，陶瓷材料潜在性能优势的开发，必将为航天航空工业的发展作出重要贡献 必须的！！！ 其它用作先进航天系统及武器结构等其它用作先进航天系统及武器结构等的一些新材料的一些新材料(1) (1) 树脂基复合材料树脂基复合材料 具具有有质质量量轻轻、、强强度度和和刚刚度度高高、、阻阻尼尼大大的的特特点点，，主主要要用用于于先先进进载载人人航航天天器器、、空空间间站站和和固固体体发发动动机机的的结结构构件件，，是是航航天天领领域域中中用用量量较较多多的的结结构构复复合合材材料料。

与与常常规规金金属属材材料料相相比比，，可可减减轻轻构构件件质质量量20%20%～～60%60%主主要要材材料料有有石石墨墨/ /环环氧氧、、硼硼/ /环环氧氧、、石石墨墨/ /聚聚酰酰亚亚胺胺和和聚聚醚醚酮酮等等国国内内外外在在防防空空导导弹弹天天线线罩罩的的制制造造中中也也应应用用或或正正在在开开展展应应用用工作(2) (2) 金属基复合材料金属基复合材料 以以金金属属或或合合金金为为基基体体、、并并以以纤纤维维、、晶晶须须、、颗颗料料等等为为增增强强体体按按所所用用的的基基体体金金属属和和增增强强体体的的不不同同，，使使用用温温度度范范围围约约在在300300～～1200℃1200℃高高比比强强度度、、比比刚刚度度、、良良好好韧韧性性和和塑塑性性、、低低膨膨胀胀系系数数、、良良好好的的导导电电和和导导热热性性、、抗抗辐辐射射、、抗抗激激光光及及制制造造性性能能好好，，在在太太空空环环境境不不放放气气，，能能在在较较高高温温度度（（200200～～800℃800℃））工工作作用用于于先先进进载载人人器器的的起起落落架架等等机机身身辅辅助助结结构构以以及及惯惯性性器器件件和和仪仪表表结结构构等等。

主主要要材材料料有有碳碳化化硅硅/ /铝铝、、氧氧化化铝铝/ /铝铝、、碳碳化化硅硅/ /钛钛、、碳碳化化硅硅/ /钛钛铝铝化化合合物物和和石石墨墨/ /铜等（（3）新型金属材料）新型金属材料n n合金材料：合金材料：合金材料：合金材料：新型合金材料包括许多种类，新型合金材料包括许多种类，新型合金材料包括许多种类，新型合金材料包括许多种类，它们性能各异，用途各不相同，铝合金、它们性能各异，用途各不相同，铝合金、它们性能各异，用途各不相同，铝合金、它们性能各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等稀贵金属合金等等稀贵金属合金等等稀贵金属合金等等n n形状记忆合金：形状记忆合金：形状记忆合金：形状记忆合金：能够使温度值变化时人能够使温度值变化时人能够使温度值变化时人能够使温度值变化时人为造成的形状变化，在温度恢复到特定为造成的形状变化，在温度恢复到特定为造成的形状变化，在温度恢复到特定为造成的形状变化，在温度恢复到特定值时，形状也自动丝毫不差地恢复到原值时，形状也自动丝毫不差地恢复到原值时，形状也自动丝毫不差地恢复到原值时，形状也自动丝毫不差地恢复到原来的状态，坚韧性极强，可反复变形和来的状态，坚韧性极强，可反复变形和来的状态，坚韧性极强，可反复变形和来的状态，坚韧性极强，可反复变形和复原复原复原复原500500500500万次而不产生疲劳断裂，其广万次而不产生疲劳断裂，其广万次而不产生疲劳断裂，其广万次而不产生疲劳断裂，其广泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机部件接头以及骨科整形等方面线、飞机部件接头以及骨科整形等方面线、飞机部件接头以及骨科整形等方面线、飞机部件接头以及骨科整形等方面n n其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如贮氢合金等贮氢合金等贮氢合金等贮氢合金等形状记忆合金在形状记忆合金在太空自然恢复原太空自然恢复原状状歼歼-11机机体体制制造造中中使使用用大大量量钛钛合合金金材材料料（（4 4））隐身材料应用隐身材料应用：：：：纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大因此纳米微粒对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大因此纳米微粒对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大因此纳米微粒对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；纳米微粒材料的比表面积比常规很微弱，从而达到隐身的作用；纳米微粒材料的比表面积比常规很微弱，从而达到隐身的作用；纳米微粒材料的比表面积比常规很微弱，从而达到隐身的作用；纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大粗粉大粗粉大粗粉大3 3 3 3～～～～4 4 4 4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，大得多，使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，大得多，使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，大得多，使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，起到了隐身作用起到了隐身作用起到了隐身作用起到了隐身作用。

美国美国F117隐形轰炸机隐形轰炸机机机美国美国B2隐形轰炸机隐形轰炸机n总结：n n航空发动机作为飞机的核心部件是航空发展必不可缺的一部分，航空发动机作为飞机的核心部件是航空发展必不可缺的一部分，而我国发动机的发展远落后于欧美等发达国家，但随着国家对而我国发动机的发展远落后于欧美等发达国家，但随着国家对发动机发展的重视，在发动机的投入逐渐增加让我国发动机水发动机发展的重视，在发动机的投入逐渐增加让我国发动机水平与发达国家的距离逐步缩短，如我国自行生产的昆仑太行发平与发达国家的距离逐步缩短，如我国自行生产的昆仑太行发动机为我国以后发动机的发展打下了坚定的基石动机为我国以后发动机的发展打下了坚定的基石n n 六十年来，航空大业成就了无数的航空人才，无数的航空俊杰六十年来，航空大业成就了无数的航空人才，无数的航空俊杰造就了不断成长壮大的中国航空工业新时代的中国航空工业造就了不断成长壮大的中国航空工业新时代的中国航空工业坚持培养人、塑造人、提升人相结合，大力加强管理人才、技坚持培养人、塑造人、提升人相结合，大力加强管理人才、技术人才、技能人才三支队伍建设，特别是高度重视创新团队和术人才、技能人才三支队伍建设，特别是高度重视创新团队和科技领军人才的培养，通过高水平、高强度的科研生产锻炼，科技领军人才的培养，通过高水平、高强度的科研生产锻炼，培养了一支素质精良、德才兼备、勇于奉献、善于攻关的优秀培养了一支素质精良、德才兼备、勇于奉献、善于攻关的优秀队伍。

通过国际科研、研发项目合作和送国外学习培训等形式，队伍通过国际科研、研发项目合作和送国外学习培训等形式，大力培养和凝聚具有全球视野与世界一流水平的科技人才，我大力培养和凝聚具有全球视野与世界一流水平的科技人才，我们相信，中国一航人将更进一步同心同德，激情进取，在铸航们相信，中国一航人将更进一步同心同德，激情进取，在铸航空利剑、扬中华国威的伟大事业中再立新功，为我国航空工业空利剑、扬中华国威的伟大事业中再立新功，为我国航空工业早日自立于世界航空强者之林做出新的贡献早日自立于世界航空强者之林做出新的贡献。