浅析未来航空航天材料发展方向
2016-10-13 18:27:27
作者:本网整理
1)高性能
高性能是指轻质、高强度、高模量、高韧性、耐高温、耐低温,抗氧化、耐腐蚀等。材料的高性能对降低飞行器结构重量和提高结构效率、 提高服役可靠性及延长使用寿命极为重要, 是航空航天材料研究不断追求的目标。
2)特殊功能
材料在光、电、声、热、磁上的特殊功能是支撑某些关键技术以提高飞行器机动性能和突防能力的重要保证。 如以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力, 红外成像制导技术可大大提高导弹的命中率和抗干扰能力,以新型固体激光材料为基础的激光测距和火控系统等可使灵活作战能力大大加强。
3)复合化
复合化已成为新材料的重要发展趁势之一。 业内专家指出,航空复合材料未来 20~30 年将迎来新的发展时期,甚至引发航空产业链的革命性变革,包括设计理念的创新和设计团队知识的更新,航空产品供应链的战略性改变, 新型复合材料技术不断出现(如混杂复合技术、源于自然界中珍珠贝壳结构启发的仿生复合技术) ,以及对航空维修业提出前所未有的挑战。
4)智能化
智能化是航空航天材料重要发展趁势之一。 智能复合材料将复合材料技术与现代传感技术、 信息处理技术和功能驱动技术集成于一体, 将感知单元(传感器) 、信息处理单元(微处理器)与执行单元(功能驱动器)联成一个回路,通过埋置在复合材料内部不同部位的传感器感知内外环境和受力状态的变化, 并将感知到的变化信号通过微处理器进行处理并作出判断,向功能驱动器发出指令信号; 而功能驱动器可根据指令信号的性质和大小进行相应的调节,使构件适应有关变化。整个过程完全自动化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自保护等多种特殊功能。
智能复合材料是传感技术、 计算机技术与材料科学交叉融合的产物, 在许多领域展现了广阔的应用前景, 例如飞机的智能蒙皮与自适应机翼就是由智能复合材料构成的一种高端的智能结构。
5)整体化
整体化制造不仅可减少机械装配件数量,节约材料和工时, 还能减少因装配失误埋下的事故隐患。
铝合金一直是航空航天重要结构材料,用铝合金厚板(厚度>6 mm)制造飞机整体部件如机身框架、机翼壁板、翼梁、翼肋等是重要发展趋势之一。
6)低维化
低维化是指维数小于 3 的材料的应用, 具体来说包括二维(超薄膜) 、一维(碳纳米管)和准零维(纳米颗粒)材料。其中碳纳米管在航空航天中的应用得到了广泛的研究, 用它制备复合材料也取得了较大进展。7)低成本化航空航天材料从过去单纯追求高性能发展到今天综合考虑性能与价格的平衡, 低成本化贯穿材料、结构设计、制造、检测评价以及维护维修等全过程。对碳纤维复合材料而言,其制造成本在整个成本中占有相当大的比例;因此,对其低成本制造技术应投入足够关注。 各种低成本制造技术发展很快,尤其是以树脂传递成型(RTM)为代表的液体成型技术和以大型复杂构件的共固化/共胶接为代表的整体化成型技术等均得到了很大的发展。
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