谈飞机复合材料的性能和发展.doc

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1、谈飞机复合材料的性能和发展摘要：本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能、要求以及在飞机上的应用。复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。近年来，飞机制造技术整体朝着结构轻量化、隐身、高可靠性、长寿命、短周期、及低成本等，因此复合材料在航空工业中的应用越来越广泛。对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重、耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。关键词：复合材料；要求；应用引言：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，

2、用来承受载荷的相称为增强体，将增强材料粘接在一起、在纤维之间传递载荷的相称为基体。复合材料在性能上不仅保留了组成它的各个组分的优点，更为重要的是它的性能比构成它的单一的材料更为优异。常见的复合材料的分类法主要有三种：①按基体材料类型分类，可分为树脂基、金属基和无机非金属基三类。②按增强体种类和形状分类，可分为纤维增强、颗粒增强和层叠增强三类。③按其性能分类，可分为结构复合材料和功能复合材料二类。1.飞机复合材料结构特点1.1层合结构层合板亦称层压板、叠层板或实心层压板、整体层压板。层合板可制成多种结构形式，并可采用多种工艺方法

3、成形，可设计性强，因此在航空航天飞行器结构中应用十分普遍。层合板是层合结构的基本元素。层合结构系指经过适当的制造工艺，如共固化、二次胶接、机械连接等，主要由层合板形成的具有独立功能的较大的三维结构，如翼面结构的梁、肋、壁板、盒段，机身侧壁以及飞行器部件等。1.2蜂窝夹层胶接结构蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成。一般面板采用强度和刚度比较高的材料,芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝芯、泡沫芯、波纹板芯等。夹层结构具有重量轻，弯曲刚度及强度大，抗失稳能力强，耐疲劳，吸音，隔热等优点，因此在飞行器结构上得到了广泛

4、应用。1.3金属复合层胶接结构利用胶接技术将纤维复合材料与铝合金材料结合起来形成一种新型的结构材料一纤维铝合金复合层板胶接结构。目前这种结构件在飞机上的应用还不是很多。不久的将来，铝基复合材料可能得到较广的应用。1.复合材料的性能的要求2.1比强度（拉伸强度与密度之比）高、比模量（弹性模量与密度之比）局。例如，高模量碳纤维复合材料的密度只有钢的1/5、铝的3/5,其比强度则为钢的5倍、铝的4倍、钛合金的3.5倍以上；其比模量是钢、铝、钛的4倍或更高（钢、铝、钛是目前飞机的主要金属材料）。2.2具有极好的抗疲劳性能复合材料，特别

5、是纤维增强树脂基复合材料，由于纤维对制件表面的裂纹或类裂纹缺陷（应力集中源）起到了桥接的作用，故阻止了裂纹的迅速扩展，而且在拉伸时对疲劳裂纹的增长也几乎不敏感。例如，碳纤维增强聚酯树脂复合材料疲劳极限可达抗拉强度的70%〜80%,而金属材料疲劳极限远远低于这个数值，对于20〜30年使用寿命的飞机，该复合材料对疲劳几乎不敏感。2.3断裂安全性好纤维复合材料中大量独立存在的纤维通过具有韧性的基体把它们粘合成整体，半构件中有少数纤维断裂时，其它完好的纤维就会将承载接受下来并重新进行分配，因而构件不至于在短时间内发生断裂，故断裂安全性

6、好。2.4高温性能好纤维增强的复合材料，特别是金属基复合材料，一般均具有较好的耐高温性能。例如，石英玻璃纤维增强铝基复合材料在500°C下能保持室温强度的40%；涂复了SiC的硼纤维增强铝基复合材料可放心地在316°C温度下使用，力学性能保持稳定。但一般铝合金在400°C时弹性模量大幅度下降（接近于零），而且强度也显著下降。2.5具有很好的减振性能由于复合材料的比模量高，其自振频率也高，这是因为受力结构的自振频率与其结构材料比模量的平方根成正比，高的自振频率决定了复合材料有很强的吸振能力，可以避免构件在一般工作状态下发生共振，

7、不易造成振动破坏。同时，复合材料中高韧性的基体材料也具有显著的震动阻尼特性。2.6增加飞机防腐蚀能力复合材料较之金属和非金属常规材料具有更为优异的抗腐蚀性，能够为延长飞机的使用寿命、减少民航开支、提高经济效益。1.复合材料在飞机上的应用复合材料在飞机结构中的应用情况大致可以分为三个阶段：第一阶段是应用于受载不大的简单零部件，如各类口盖、舵面、整流罩、雷达罩、阻力板、起落架舱门等，据统计可减重20%左右。第二阶段是应用于承力大的部件，如安定面、全动平尾、前机身段、机翼等，据估计可减重25%30%o第三阶段是应用于

8、复杂受力部位，如机身段、中央翼盒等，据估计可减重30%。787飞机采用复合材料减重将达50%。目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，但在20世纪90年代初复合材料市场曾一度陷入低靡，究其原因是由于复合材料设计制造的复杂性造成了成本壁垒，人们开始认识到只有重视性能和成本的平衡