第一篇：航空航天材料的發(fā)展

航空航天材料的發(fā)展

賈儒

數(shù)學(xué)試驗班21

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前一陣子電影《地心引力》上映后，引起很大反響，大家多為電影中的特效所震撼，也為宇航員在孤立無援狀態(tài)下最終重返地球的精神所折服，而我對于在遙遠(yuǎn)天空中的飛行器更加感興趣，是它承載了人類的夢想，讓飛天，讓飛向宇宙成為現(xiàn)實(shí)。

航空材料與航空技術(shù)的關(guān)系極為密切，航空航天技術(shù)的發(fā)展必然離不開與其相對應(yīng)的航空航天材料的發(fā)展，航空航天材料在航空產(chǎn)品發(fā)展中具有極其重要的地位和作用：航空材料既是研制生產(chǎn)航空產(chǎn)品的物質(zhì)保障，又是推動航空產(chǎn)品更新?lián)Q代的技術(shù)基礎(chǔ)。

我的介紹大致分為三個部分，一是飛機(jī)從開始到現(xiàn)在的發(fā)展過程的簡單介紹以及相對應(yīng)材料選取的改變和技術(shù)工藝上的進(jìn)步；二是介紹影響航空航天材料發(fā)展的因素；三是對目前高技術(shù)含量的航空航天材料進(jìn)行介紹。

首先，我們來對飛行器的發(fā)展歷史來做一個介紹。

18世紀(jì)60年代發(fā)生的歐洲工業(yè)革命使紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè)得到很大的發(fā)展，從而結(jié)束了人類只能利用自然材料向天空挑戰(zhàn)的時代，為人類飛向天空提供了可能。1903年美國萊特兄弟制造出第一架裝有活塞式航空發(fā)動機(jī)的飛機(jī),當(dāng)時使用的材料有木材(占47％),鋼（占35％）和布（占18％）,飛機(jī)的飛行速度只有16公里/時。這是人類的第一架飛機(jī)，可以看出材料很粗糙，在現(xiàn)在的我們看來幾乎是無法理解，但也正是它成為了具有劃時代意義的發(fā)明。1906年德國冶金學(xué)家發(fā)明了可以時效強(qiáng)化的硬鋁，當(dāng)時新材料的出現(xiàn)，使制造全金屬結(jié)構(gòu)的飛機(jī)成為可能。40年代出現(xiàn)的全金屬結(jié)構(gòu)飛機(jī)的承載能力已大大增加，飛行速度超過了600公里/時。這時已經(jīng)提現(xiàn)了好的材料在發(fā)明制造中所展現(xiàn)的優(yōu)勢是如此明顯。在合金強(qiáng)化理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一系列高溫合金使得噴氣式發(fā)動機(jī)的性能得以不斷提高。50年代鈦合金的研制成功和應(yīng)用對克服機(jī)翼蒙皮的“熱障”問題起了重大作用，飛機(jī)的性能大幅度提高,最大飛行速度達(dá)到了3倍音速。60年代以來,航空航天材料性能的不斷提高,一些飛行器部件使用了更先進(jìn)的復(fù)合材料，如碳纖維或硼纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等，以減輕結(jié)構(gòu)重量。飛行器發(fā)展到80年代已成為機(jī)械加電子的高度一體化的產(chǎn)品。它要求使用品種繁多的、具有先進(jìn)性能的結(jié)構(gòu)材料和具有電、光、熱和磁等多種性能的功能材料。

前者是對于飛機(jī)的各部分，而對于火箭，也可以說是另一領(lǐng)域，40年代初期出現(xiàn)的德國 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料燒蝕防熱理論的出現(xiàn)以及燒蝕材料的研制成功，解決了彈道導(dǎo)彈彈頭的再入防熱問題。返回型航天器和航天飛機(jī)在再入大氣層時會遇到比彈道導(dǎo)彈彈頭再入時間長得多的空氣動力加熱過程，但加熱速度較慢，熱流較小。采用抗氧化性能更好的碳-碳復(fù)合材料、陶瓷隔熱瓦等特殊材料可以解決防熱問題。（此處為引用）

人們對于飛機(jī)材料探索的時間遠(yuǎn)長于火箭飛行器之類，觀察其發(fā)展過程更顯豐富。通過以上對航空航天材料發(fā)展過程的了解我們可以發(fā)現(xiàn)，航空航天材料的進(jìn)展大致取決于下列3個因素。

一是對材料科學(xué)理論的新發(fā)現(xiàn)：例如，鋁合金的時效強(qiáng)化理論導(dǎo)致硬鋁合金的發(fā)展，也就是前面說的1906年德國科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導(dǎo)致高強(qiáng)度、高模量芳綸有機(jī)纖維的發(fā)展。

二是材料加工工藝的進(jìn)展：這也是顯而易見的，僅僅有理論，而沒有技術(shù)的支持是不會有任何前進(jìn)的。簡單來說就是發(fā)現(xiàn)了新材料要有相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)。例如，古老的鑄、鍛技術(shù)已發(fā)展成為定向凝固技術(shù)、精密鍛壓技術(shù)，從而使高性能的葉片材料得到實(shí)際應(yīng)用；復(fù)合材料增強(qiáng)纖維鋪層設(shè)計和工藝技術(shù)的發(fā)展，使它在不同的受力方向上具有最優(yōu)特性，從而使復(fù)合材料具有“可設(shè)計性”，并為它的應(yīng)用開拓了廣闊的前景；熱等靜壓技術(shù)、超細(xì)粉末制造技術(shù)等新型工藝技術(shù)的成就創(chuàng)造出具有嶄新性能的一代新型航空航天材料和制件，如熱等靜壓的粉末冶金渦輪盤、高效能陶瓷制件等。

三是材料性能測試與無損檢測技術(shù)的進(jìn)步：現(xiàn)代電子光學(xué)儀器已經(jīng)可以觀察到材料的分子結(jié)構(gòu)；材料機(jī)械性能的測試裝置已經(jīng)可以模擬飛行器的載荷譜，而且無損檢測技術(shù)也有了飛速的進(jìn)步。材料性能測試與無損檢測技術(shù)正在提供越來越多的、更為精細(xì)的信息，為飛行器的設(shè)計提供更接近于實(shí)際使用條件的材料性能數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供保證產(chǎn)品質(zhì)量的檢測手段。

一種新型航空航天材料只有在這三個方面都已經(jīng)發(fā)展到成熟階段，才有可能應(yīng)用于飛行器上。因此，世界各國都把航空航天材料放在優(yōu)先發(fā)展的地位。中國也不落后，在50年代就創(chuàng)建了北京航空材料研究所和北京航天材料工藝研究所，從事航空航天材料的應(yīng)用研究。盡管如此，我們國家在某些技術(shù)領(lǐng)域還是落后于航天強(qiáng)國，仍需更進(jìn)一步的努力和發(fā)展。

在對現(xiàn)今航空航天材料作介紹之前，我們還需要了解的是它們需要具有哪些性質(zhì)，也就是什么樣的材料類型適合作為航空航天材料。

用航空航天材料制造的許多零件往往需要在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕等極端條件下工作，有的則受到重量和容納空間的限制，需要以最小的體積和質(zhì)量發(fā)揮在通常情況下等效的功能，有的需要在大氣層中或外層空間長期運(yùn)行，不可能停機(jī)檢查或更換零件，因而要有極高的可靠性和質(zhì)量保證。不同的工作環(huán)境要求航空航天材料具有不同的特性。

總的來說，航空航天材料所需的性質(zhì)大致如下：

一是具有高的比強(qiáng)度和比剛度。對飛行器材料的基本要求是：材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、剛度好。減輕飛行器本身的結(jié)構(gòu)重量就意味著增加運(yùn)載能力，提高機(jī)動性能，加大飛行距離或射程，減少燃油或推進(jìn)劑的消耗。因此比強(qiáng)度和比剛度是衡量航空航天材料力學(xué)性能優(yōu)劣的重要參數(shù)。同時飛行器除了受靜載荷的作用外還要經(jīng)受由于起飛和降落、發(fā)動機(jī)振動、轉(zhuǎn)動件的高速旋轉(zhuǎn)、機(jī)動飛行和突風(fēng)等因素產(chǎn)生的交變載荷，因此材料的疲勞性能也受到人們極大的重視。

二是優(yōu)良的耐高溫性質(zhì)。就是說指航空材料要能耐受較高的工作溫度。對機(jī)身材料，氣動力加熱效應(yīng)使表面溫度升高，需要結(jié)構(gòu)材料具有好的高溫強(qiáng)度；對發(fā)動機(jī)材料，要求渦輪盤和渦輪葉片材料要有好的高溫強(qiáng)度和耐高溫腐蝕性能。

三是耐老化耐腐蝕。各種介質(zhì)和大氣環(huán)境對材料的作用表現(xiàn)為腐蝕和老化。航空航天材料接觸的介質(zhì)是飛機(jī)用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推進(jìn)劑（如濃硝酸、四氧化二氮、肼類）和各種潤滑劑、液壓油等。其中多數(shù)對金屬和非金屬材料都有強(qiáng)烈的腐蝕作用或溶脹作用。在大氣中受太陽的輻照、風(fēng)雨的侵蝕、地下潮濕環(huán)境中長期貯存時產(chǎn)生的霉菌會加速高分子材料的老化過程。所以耐腐蝕性能、抗老化性能、抗霉菌性能也是航空航天材料應(yīng)該具備的良好特性。

四是壽命長以及安全性高。這更是顯而易見的因素之一，作為載人技術(shù)的支撐材料，安全因素是必須考慮在內(nèi)的。同時要注意的是，在不斷減少飛機(jī)質(zhì)量的同時，更加不能忽視因質(zhì)量減少而導(dǎo)致安全性減小現(xiàn)象的產(chǎn)生。

五是成本要低。新型號的先進(jìn)飛機(jī)價格不斷攀升，各航空技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)都先后對航空產(chǎn)品提出了“買得起”的要求。而材料在航空產(chǎn)品的成本和價格構(gòu)成中占有相當(dāng)份額，所以科學(xué)地選材和努力發(fā)展低成本材料技術(shù)是航空材料發(fā)展的重要方向。同時很多民航飛機(jī)，作為普通民眾所要使用的交通工具，努力降低成本也是實(shí)現(xiàn)“以人為本”的一項要求。

最后，就是對現(xiàn)今航空航天材料的介紹了。

航空航天材料按材料的使用對象不同可分為飛機(jī)材料、航空發(fā)動機(jī)材料、火箭和導(dǎo)彈材料和航天器材料等。按材料的化學(xué)成分不同可分為金屬與合金材料：鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋼、高溫合金、粉末冶金合金等；有機(jī)非金屬材料（高分子材料）：透明材料、膠粘劑、橡膠及密封劑、涂料、工程塑料等;無機(jī)非金屬材料：玻璃、陶瓷等；復(fù)合材料: 聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料等。按使用功能可分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

談及具體的材料，我挑選了四個具有代表性的來簡單介紹。

1，鋁合金。鋁合金因其技術(shù)成熟、成本低、使用經(jīng)驗豐富等優(yōu)勢，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，仍將是亞音速飛機(jī)和低超音速飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)用材之一。

2，結(jié)構(gòu)鋼。一些新型超高強(qiáng)度鋼在今后仍然還會是起落架、主要接頭、隔框等一些主要承力構(gòu)件的備選材料。

3，鈦合金。鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)用材中所占的重要地位已確定無疑，但是鈦合金的較貴的價格和較差的工藝性，是影響使用的很大因素。

4，先進(jìn)復(fù)合材料。由于先進(jìn)復(fù)合材料具有比鋼、鋁、鈦高得多的比強(qiáng)度、比模量和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，在未來高性能的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中，先進(jìn)復(fù)合材料將會占據(jù)越來越重要的地位，甚至完全有可能出現(xiàn)全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的飛機(jī)。

我們知道飛機(jī)由很多個部分組成，其核心部分是發(fā)動機(jī)，所以有必要了解發(fā)動機(jī)材料的發(fā)展及現(xiàn)狀。

目前，就航空發(fā)動機(jī)的材料而言，金屬材料的使用溫度已接近其極限，不可能滿足下世紀(jì)航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計要求。因此，發(fā)動機(jī)的設(shè)計師已開始轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的選材觀念，不再以金屬材料作為設(shè)計的基礎(chǔ)，而是轉(zhuǎn)向或接近新材料。從目前國外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景來看，下個世紀(jì)航空發(fā)動機(jī)的材料將以非金屬材料為主體。非金屬這個技術(shù)概念范圍很廣泛，我們所說的發(fā)動機(jī)用非金屬材料主要是指復(fù)合材料。這里的復(fù)合材料主要有：陶瓷基復(fù)合材料，金屬間化合物以及碳碳復(fù)合材料。

航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的核心部件是航空發(fā)展必不可缺的一部分，而我國發(fā)動機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，但隨著國家對發(fā)動機(jī)發(fā)展的重視，在發(fā)動機(jī)的投入逐漸增加讓我國發(fā)動機(jī)水平與發(fā)達(dá)國家的距離逐步縮短，如我國自行生產(chǎn)的昆侖太行發(fā)動機(jī)為我國以后發(fā)動機(jī)的發(fā)展打下了堅定的基石。

作為非專業(yè)的學(xué)生，我對航空航天材料的了解十分有限，以上是結(jié)合資料和我個人看法的敘述。六十年來，我們國家的航空航天技術(shù)和材料的發(fā)展非常迅速，在一批批航空人才的努力下，已經(jīng)有了很大進(jìn)步。我相信，在新的時代里我們國家會創(chuàng)造新的輝煌。

第二篇：航空航天材料的應(yīng)用與發(fā)展

航空航天材料的應(yīng)用與發(fā)展

S201201 張明潔 2012040301003 飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料，是航空航天工程技術(shù)發(fā)展的決定性因素之一。航空航天材料科學(xué)是材料科學(xué)中富有開拓性的一個分支。飛行器的設(shè)計不斷地向材料科學(xué)提出新的課題，推動航空航天材料科學(xué)向前發(fā)展；各種新材料的出現(xiàn)也給飛行器的設(shè)計提供新的可能性，極大地促進(jìn)了航空航天技術(shù)的發(fā)展。

航空航天材料的進(jìn)展取決于下列3個因素:①材料科學(xué)理論的新發(fā)現(xiàn)：例如，鋁合金的時效強(qiáng)化理論導(dǎo)致硬鋁合金的發(fā)展；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導(dǎo)致高強(qiáng)度、高模量芳綸有機(jī)纖維的發(fā)展。②材料加工工藝的進(jìn)展：例如，古老的鑄、鍛技術(shù)已發(fā)展成為定向凝固技術(shù)、精密鍛壓技術(shù)，從而使高性能的葉片材料得到實(shí)際應(yīng)用；復(fù)合材料增強(qiáng)纖維鋪層設(shè)計和工藝技術(shù)的發(fā)展，使它在不同的受力方向上具有最優(yōu)特性，從而使復(fù)合材料具有“可設(shè)計性”，并為它的應(yīng)用開拓了廣闊的前景；熱等靜壓技術(shù)、超細(xì)粉末制造技術(shù)等新型工藝技術(shù)的成就創(chuàng)造出具有嶄新性能的一代新型航空航天材料和制件，如熱等靜壓的粉末冶金渦輪盤、高效能陶瓷制件等。③材料性能測試與無損檢測技術(shù)的進(jìn)步：現(xiàn)代電子光學(xué)儀器已經(jīng)可以觀察到材料的分子結(jié)構(gòu)；材料機(jī)械性能的測試裝置已經(jīng)可以模擬飛行器的載荷譜，而且無損檢測技術(shù)也有了飛速的進(jìn)步。材料性能測試與無損檢測技術(shù)正在提供越來越多的、更為精細(xì)的信息，為飛行器的設(shè)計提供更接近于實(shí)際使用條件的材料性能數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供保證產(chǎn)品質(zhì)量的檢測手段。一種新型航空航天材料只有在這三個方面都已經(jīng)發(fā)展到成熟階段，才有可能應(yīng)用于飛行器上。因此，世界各國都把航空航天材料放在優(yōu)先發(fā)展的地位。

材料不僅是制造航空產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時也是使航空產(chǎn)品達(dá)到人們所期望的技術(shù)性能、使用壽命與可靠性的技術(shù)基礎(chǔ)。航空技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展對航空材料起著積極的“牽引”作用；與此同時，材料科學(xué)與工程發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)，制造工藝與理化測試技術(shù)的進(jìn)步，又為航空新產(chǎn)品的設(shè)計與制造提供重要的物質(zhì)與技術(shù)，從而對航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著有效的“推動”作用。例如，承載與隱形一體化材料的出現(xiàn)，既是隱形飛機(jī)設(shè)計構(gòu)思提出的需求，同時也使隱形飛機(jī)從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；優(yōu)質(zhì)單晶高溫合金的出現(xiàn)，使發(fā)動機(jī)渦輪前溫度得以大大提高，推動著高推重比航空發(fā)動機(jī)的進(jìn)步。

由于航空產(chǎn)品具備高科技密集、系統(tǒng)龐大復(fù)雜、使用條件惡劣多變，要求長壽命、高可靠性和品種多、批量小等特點(diǎn)，從而使航空材料也相應(yīng)地具有一系列特點(diǎn)：

（1）種類、品種、規(guī)格多。航空材料按用途分有結(jié)構(gòu)材料、功能材料及工藝與輔助材料三大類：按化學(xué)成分分有金屬材料、有機(jī)高分子材料、無機(jī)非金屬材料以及各種復(fù)合材料。各類材料又涉及眾多的牌號、品種與規(guī)格。

（2）高的比強(qiáng)度（σｂ/ρ）和高的比剛度（Ｅ/ρ）是航空結(jié)構(gòu)材料的重要特點(diǎn)。減輕結(jié)構(gòu)重量既可增加飛機(jī)、直升機(jī)的運(yùn)載能力，提高機(jī)動性，加大航程，又可減少燃油消耗。因此，高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金以及先進(jìn)復(fù)合材料在航空上得到廣泛的應(yīng)用。

（3）高溫合金是航空材料極其重要的組成部分。燃?xì)鉁u輪（包括渦輪噴氣、渦輪風(fēng)扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸）發(fā)動機(jī)是現(xiàn)代飛機(jī)、直升機(jī)的主要動力裝置，而各類高溫合金則是制造現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵材料。隨著發(fā)動機(jī)推重比（或功重比）的提高，渦輪前溫度也隨之升高，對材料的耐溫要求也愈來愈高。

（4）質(zhì)量要求高。由于飛機(jī)、直升機(jī)是一種載人反復(fù)運(yùn)行的產(chǎn)品，在規(guī)定的使用壽命期內(nèi)，對使用可靠性、安全性有著極其嚴(yán)格的要求。為此對航空材料要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

（5）抗疲勞性能是航空材料的另一個突出特點(diǎn)。大量的事實(shí)說明，在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)所發(fā)生的失效事件中，約80%以上是各種形式的疲勞損傷所引起。航空材料的抗疲勞性能是關(guān)系到航空產(chǎn)品使用可靠性和使用壽命的一項非常重要的性能指標(biāo)。

（6）成本高、價格貴。由于航空產(chǎn)品品種多樣而批量小，相應(yīng)地航空材料的牌號品種也多，批量也小，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)，同時質(zhì)量要求又高，從而導(dǎo)致材料的成本高，價格貴。材料費(fèi)用在航空產(chǎn)品成本中占有很大比重。如何降低其價格是航空材料發(fā)展的一個重要努力方向。

中國航空產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從修理、引進(jìn)、仿制到改進(jìn)、改型和自行設(shè)計研制的發(fā)展歷程。用以制造航空產(chǎn)品的材料也經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制、改進(jìn)、改型和自行研制的發(fā)展歷程。到目前為止，我國已定型生產(chǎn)的航空用金屬、有機(jī)高分子材料、無機(jī)非金屬材料以及復(fù)合材料的牌號約2000余個；已建成具有一定規(guī)模的航空材料研究與生產(chǎn)基地，擁有生產(chǎn)航空產(chǎn)品所需各類材料牌號、品種與規(guī)格的生產(chǎn)設(shè)備及檢測儀器；先后制訂了1000余份各類航空材料、熱工藝及理化檢測標(biāo)準(zhǔn)（包括國標(biāo)、國軍標(biāo)與航空標(biāo)準(zhǔn)）；編寫出版了《中國航空材料手冊》、《發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計用材料性能數(shù)據(jù)手冊》及《航空材料選用目錄》等；頒布了“航空工業(yè)材料及熱工藝技術(shù)工作規(guī)定”、“航空材料（含鍛、鑄件）技術(shù)管理辦法”等法規(guī)性文件。從總體上看，我國目前已定型生產(chǎn)的航空材料（含類別、牌號、品種與規(guī)格）及其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，基本上能滿足第二代航空產(chǎn)品批生產(chǎn)的需求。針對第三代航空產(chǎn)品所需關(guān)鍵材料，如熱強(qiáng)鈦合金、高強(qiáng)鋁合金、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼不銹鋼、樹脂基復(fù)合材料、單晶與粉末高溫合金等，從技術(shù)上看，已具備試用條件，但要轉(zhuǎn)化為在特定工況下使用的零部件，并體現(xiàn)出第三代航空產(chǎn)品的總體效能（技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)性能、使用可靠性與壽命以及經(jīng)濟(jì)效益等）尚需做大量的工作。

我國航空材料的現(xiàn)狀與新一代航空產(chǎn)品（飛機(jī)以F-22為代表，發(fā)動機(jī)以推比10為代表）對材料的需求之間尚存在較大的差距，主要有如下三方面：

（1）前沿材料研究滯后，新材料儲備小，第三代、第四代航空產(chǎn)品所需的一些關(guān)鍵材料，如快速凝固材料、高強(qiáng)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、熱強(qiáng)鈦合金、超高強(qiáng)度鋼、金屬間化合物及以其為基的復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料等的研究滯后，與國外先進(jìn)新材料研制水平的差距約為15～20年；

（2）新材料研制、生產(chǎn)和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)條件較差，如超純?nèi)蹮?、高溫整體擴(kuò)散連接、噴射成型、等溫鍛造、電子束沉積涂層、納米材料制備、超高溫檢測、超聲顯微鏡、激光無損檢測等先進(jìn)的合成與加工設(shè)備、質(zhì)量檢測與控制手段等不能滿足新材料研制、生產(chǎn)與應(yīng)用的需要；

（3）一些常用結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量不穩(wěn)定，性能數(shù)據(jù)分散，表面質(zhì)量差，尺寸精度低，有些品種規(guī)格不能正常供貨，滿足不了生產(chǎn)使用要求。

建立中國航空材料體系的具體思路應(yīng)包括以下幾個層次：

1.逐步理順和建立我國航空用各類材料的牌號序列 首先要對現(xiàn)有用于各類航空產(chǎn)品的材料加以收集匯總，然后按照“淘汰落后材料，限用綜合性能差與使用面窄的材料，合并性能水平相近的材料，推薦綜合性能好的材料，補(bǔ)充暫缺的先進(jìn)材料”等原則，加以分類整理，建立起適合我國國情的具有不同性能水平檔次的各類材料的牌號序列，并逐步納入國標(biāo)、國軍標(biāo)或航標(biāo)。

2.正確處理并逐步解決多國材料并存、重復(fù)、互不兼容的復(fù)雜局面

（1）對已往在引進(jìn)國外航空產(chǎn)品過程中所仿制的，目前尚未納入國標(biāo)、國軍標(biāo)或航標(biāo)的各類國外材料，進(jìn)行全面清理和綜合對比分析，選擇其中國內(nèi)沒有且有應(yīng)用前景的材料牌號，加以研究完善，而后使其盡快納入國標(biāo)、國軍標(biāo)、或航標(biāo)中，編入到該類材料的牌號序列中。其余的國外材料牌號要加以限用，即限制在除原引進(jìn)航空產(chǎn)品以外的產(chǎn)品上使用。

（2）隨著我國對外開放的深入和加入“WTO”步伐的臨近，引進(jìn)航空產(chǎn)品及技術(shù)將會不斷增加，妥善處理其中的材料問題將是建立中國航空材料體系的關(guān)鍵。為此，要在熟悉和掌握國外各類材料牌號與標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行對比分析，分別采取代用與仿制兩種方法加以處置。

首先是用國內(nèi)現(xiàn)有材料牌號代用。由于各國礦產(chǎn)資源和技術(shù)水平的不同，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家先后形成了各自的材料牌號序列。各國間完全相同的材料牌號是極少的，大多數(shù)只存在相當(dāng)或相近的對應(yīng)關(guān)系。因此，如果國內(nèi)現(xiàn)有某材料牌號的化學(xué)成分與引進(jìn)產(chǎn)品所用某一材料的化學(xué)成分相近，力學(xué)性能與工藝性能相當(dāng)，即可用該材料代用相應(yīng)國外材料。在這里需要的是理性的、實(shí)事求是的科學(xué)分析，必須摒棄過去那種“一絲不茍”照搬照抄國外的做法。在沒有相應(yīng)國內(nèi)材料牌號與之對應(yīng)的國外材料，且又沒有仿制價值時，可根據(jù)具體的使用條件，采取“以優(yōu)代劣”的辦法加以處置。其次是對國內(nèi)現(xiàn)有材料牌號難以代用的少量國外材料可作如下處置：對確有先進(jìn)性和應(yīng)用前景者，則可立項仿制；若用量少，要求高，國內(nèi)難以仿制生產(chǎn)或雖可仿制生產(chǎn)，但經(jīng)濟(jì)上很不合算，同時國外又能正常供貨的材料，可直接向國外采購，不必拘泥于“一切立足于國內(nèi)”。

3.加大對現(xiàn)有定型材料的改進(jìn)改型研究力度 通過調(diào)控成分或變更工藝等手段，充分挖掘現(xiàn)有材料的潛力，做到“一材多用”。

4.加強(qiáng)對新材料的研究 先進(jìn)航空產(chǎn)品的發(fā)展，對材料的要求愈來愈高，因此，要加強(qiáng)對樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、金屬間化合物、高強(qiáng)高韌、可焊、耐蝕合金鋼、高強(qiáng)鋁合金、耐熱鈦合金等的研究。

5.在建立材料牌號序列的同時，建立航空材料性能數(shù)據(jù)庫 對那些用作關(guān)鍵件、重要件的材料，要補(bǔ)充測試有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計、可靠性評估與壽命預(yù)測等所需的性能數(shù)據(jù)。

6.加強(qiáng)特種工藝和理化測試技術(shù)的開發(fā)研究 在制訂材料標(biāo)準(zhǔn)的同時，制訂相應(yīng)的特種工藝及理化檢測標(biāo)準(zhǔn)，形成完整的標(biāo)準(zhǔn)系列，達(dá)到擴(kuò)大材料應(yīng)用范圍，提高材料的應(yīng)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

7.建立和完善運(yùn)行機(jī)制及行業(yè)規(guī)范 在有關(guān)材料選用、材料研制和材料采購等方面，建立和完善與市場經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制及一套行之有效的行為規(guī)范，理順材料選用、材料研制材料采購等部門之間的關(guān)系，使這方面的工作走上科學(xué)化、規(guī)范化和程序化的軌道。

第三篇：航空航天材料

航空航天材料

簡要。本文介紹7經(jīng)過增強(qiáng)的工程熱望性材料以璉熱固性材料在航空航無方面 的應(yīng)用。遠(yuǎn)號應(yīng)用有； 雷達(dá)天線罩、飛行器結(jié)構(gòu)、陀螺外萬向架、電路板，導(dǎo)彈彈 體構(gòu)架等。

主題詞： 熱塑性塑料，航天材料，航空材料，復(fù)合材料

引 言

航空航天工業(yè)總是期待著性能優(yōu)良、重量輕，價格便宜的材料。

“塑料 己存在相當(dāng)長的時間了，但是常用塑料本身，盡管重量輕，價格便宜，但在航 空航天領(lǐng)域里應(yīng)用并不多。

復(fù)合材料使用了特性增強(qiáng)荊來彌補(bǔ)其基體塑料性能之不足。復(fù)合材料用途較多，目前，為了某些領(lǐng)域的應(yīng)用，己制成熱固性樹脂為基體的復(fù)合材料。

熱固性材料，當(dāng)固化時，其分子交聯(lián)，一旦成型，其形狀不能改變，這些材料中典型的 是在一些船殼制造中使用的玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)。另一方面，熱塑性材料，一經(jīng)加熱，即可成 型并冷卻，還可再次加熱并再次成型，典型的有，聚乙烯薄鍍反射罩和聚氯乙烯(PVC)雙釉。不幸的是，熱塑性材料己不是一種優(yōu)良的材料了。它受到因?qū)υ摬牧闲阅芰私獠欢嘣斐?設(shè)計不良的嚴(yán)重?fù)p害。

許多年來，改變熱塑性材料不利狀態(tài)依賴于對工程熱塑料更完善的認(rèn)識。這些塑料有聚

酰胺(尼龍)，二乙醇共聚物，聚酯。這期間，注意力集中在上述塑料與如象聚乙烯，聚氯乙 烯，聚苯乙烯這種 商品 塑料之簡的差別。這些工程塑料已在市場上取得成功，在某些情 況下其壽命更長些。

這項成功的基礎(chǔ)是主供應(yīng)廠商們的宣傳教育，他們認(rèn)為，對任何組件來說，熱塑性材料 都需有正確的設(shè)計、合格的材料以及適合的工藝方法。在低等級塑料設(shè)計中，不能取代熱塑性材料

但是，當(dāng)工程熱塑性材料市場范圍擴(kuò)大時，塑料市場在方向變化上變得成熟，特別是在 普通材料在全部應(yīng)用中不能滿足設(shè)計者的總要求時。

在這些要求中，最主要的是能承受的結(jié)構(gòu)溫度較低，因此，降低了潛在的應(yīng)用價值。當(dāng) 繼續(xù)研究時，雖然在價值上依據(jù)未加工材料價格和生產(chǎn)價格，但市場仍準(zhǔn)備接受提高了性能 的材料。主供應(yīng)廠商努力對付這種挑戰(zhàn)，并且在70年代，第一代新型熱塑性材料進(jìn)入市場，特別是在過去的幾年里，取得了明顯的增長。

所有這些新生產(chǎn)的高性能工程熱塑性材料是以其特性為其特征的，除它們所具有一些有 用的性能外，．耐高溫性能是最突出的性能之一。

為了確定能否滿足挑戰(zhàn)的要求，建議給出各種類型材料，及其特性的簡單比較，在這之 前，給出熱塑性材料及其復(fù)合材料所具有的潛在的以及在某些情況下，所具有的更多的先進(jìn) 性能的簡單應(yīng)用情況。材 料

熱國性材料

大部分已投入使用的熱固性材料為大家所熟知的G．R．P．(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)材料。

這些材料一般具有彈性性質(zhì)，并已用象增強(qiáng)纖維這樣的材料提高其性能，以便提供應(yīng)用泛圍 更為廣泛的材料，應(yīng)用泛圍有公共汽車的候車亭、飛機(jī)和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)。

熱固性材料特性可以用其化學(xué)性質(zhì)來表征。由于用這種材料制成的組件在生產(chǎn)時要固

化，分子間要進(jìn)行交鏈反應(yīng)，所以這些材料具有像玻璃一樣的光滑，易碎、并且工藝性能差 等特性。這種類型的典型材料從商業(yè)聚酯化物到作為主流材料的環(huán)氧類，它們都很少具有高 溫性能。然而，也有一些其它的熱固性樹脂，它們之中的每一種均具有獨(dú)特的性質(zhì)，而是主 流材料所不具有的。例如，乙烯樹脂／酯在化學(xué)腐蝕的環(huán)境中非常適用，丙烯酸鹽／氨基甲酸

乙酯是一種新型的樹脂系列，它具有快速固化的潛在優(yōu)勢、固化周期是以分計，而不是小時 或者天，對于生產(chǎn)速度高的樹脂噴注工藝來說是理想的

熱固性材料的生產(chǎn)技術(shù)主要受到手工鋪置(這種技術(shù)在熱固性材料生產(chǎn)工藝中起主要作 用，并且在這種工藝中，對自動化在生產(chǎn)成本可行的部件起關(guān)鍵作用)和新型噴射成型工藝 的限制。熱塑性材料

這是一種可進(jìn)行多次成型的材料。進(jìn)行初始成型的工藝技術(shù)范圍非常廣泛，包括噴注，壓縮吹制、擠壓以及澆注等各種方法。

這種材料有兩種化學(xué)結(jié)構(gòu)，它們的熱塑性就是在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的。一種化學(xué)結(jié) 構(gòu)是任意分子結(jié)構(gòu)的無定形聚合物，另一種是甚有序分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶聚合物。高性能工程熱塑料材料分為兩種，并具有不同的特性，但均具有相同的高溫性能。無定形熱塑性材料通常是透明的、具有轉(zhuǎn)移溫度(Tg)(~200X])高，熔化范臣大，抗蠕 變性好以及耐化學(xué)腐蝕性的材料。

此類高性能工程熱望性材料屬于多芳基化合物，如； 聚醚砜 P．E．S 聚砜 P．S．F以及 玫型聚酰亞胺

聚醚酰亞胺P．E．I 結(jié)晶熱望性材料通常是半透明或不透明的，轉(zhuǎn)移溫度較低(Tg s≈150℃)，到達(dá)熔點(diǎn)迅 速，耐磨、抗疲勞、化學(xué)性能好。這些聚合物有。

聚醚醚酮 P．E．E．K 聚醚酮 P．E．K 聚酮 P．K 對聚苯硫 P．P．S 這是一些典型的多芳基化合物聚合物，而聚酰胺亞胺P．A．I是一種改良型聚酰亞胺。這兩種聚合物之間的主要差別在于其性靛隨溫度的變化而不同，如圖1所示。

圖lA表示，彈性模量在溫度達(dá)到Tg之前隨溫度變化的情況，其性靛曲線以一種梯度形 式下降，而這種材料緩慢地熔化。

結(jié)晶型材料的彈性模量隨溫度的變化(圖1B)有兩個特殊階段，彈性模量在Tg處下降，當(dāng)該種材料的溫度達(dá)到其熔點(diǎn)(Tin)時，又一次快速下降。

目前，芳基化物和改良酰亞胺是兩種主要的聚合物材料，它們占據(jù)著高性靛熱塑型材料

市場。但是，新型材料的研制一直在進(jìn)行，例如液晶或自身增強(qiáng)聚合物X州ar和Vectra以愛 D．s．M．Netherland s研制的4．6尼龍型材料。

利用在上述材料中加入增強(qiáng)劑的辦法，使得熱塑性復(fù)臺材料在高性能元器件的應(yīng)用上具 有明顯的潛力。

熱塑性材料的遠(yuǎn)景應(yīng)用

雷選天線罩 ’ ●

雷達(dá)天線罩材料的選擇受到應(yīng)用的限制，由于天線罩具有穿透雷達(dá)頻率的靛力，所以只 能用非金屬材料。

雷達(dá)天線罩基本上是個具有氣動力外形的殼體，它可以保護(hù)雷達(dá)天線不受環(huán)境的影響，對信號不太會或根本不會造成衰減和失真。目前，已經(jīng)用由連續(xù)玻璃纖維或aramid纖維增強(qiáng) 的熱固性材料制成，并且還必須用臺成橡膠涂料涂敷，以保護(hù)天線罩不受高速的雨滴、冰雹 和雪的影響。這種熱固性材料還不受飛行器的各種流體和燃料的影響，在本應(yīng)用范圍內(nèi)，飛 行器各種流體和燃料與材料是極為相窖的。

目前，在該極特定范圍內(nèi)的新型熱塑性材料可能超過熱同性材料，如這些材辯具有固有 的耐蝕性，這是由于這些材料的天然剛性，并且在結(jié)晶狀態(tài)下還具有固有的耐化學(xué)腐蝕性

更重要的是，它在廣泛的溫度泛圍內(nèi)有可控絕緣性能，以及存在著消除用于環(huán)境防護(hù)的橡膠 涂層的潛力，解決了信號衰減的設(shè)計問題。但是，當(dāng)需要高溫加工設(shè)備時，由于對成本產(chǎn)生 很大的影響，熱塑性材料的制造可能限制了產(chǎn)品的尺寸。當(dāng)試圖連續(xù)生產(chǎn)塑強(qiáng)熱塑性材料的 天線罩時，生產(chǎn)制造即成為重大問題了。飛行器結(jié)構(gòu) 飛行器組臺件是用輕金屬合金制造的，但是，提高含有高強(qiáng)度連續(xù)碳纖維的環(huán)氧／碳復(fù) 臺材料的使用已減輕了組件的重量，并且其某些性能超出了一般的金屬。

熱固性基體復(fù)臺材料，其本身要求成型周期長，以便使熱固性復(fù)臺材料的組件較好地達(dá) 到預(yù)計性能。交聯(lián)鍵基體材料呈玻璃態(tài)，而熱塑性材料成型后仍保留可塑性，特別是在涉及 到的故障容限上具有臺乎要求的特性，因此，熱塑性材料是有希望的。．

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性材料，像P．E．E．K-A．P．C，也表明共生產(chǎn)周期縮短，無貯存壽 命或固化周期，優(yōu)越的耐熱、耐濕性以及較好的故障容限性，但是不易制造，并且由于最一 般的熱固性熱壓處理成型技術(shù)之故而還未投入使用，因此，在高性能應(yīng)用上才剛剛開始。另外一些沒有什么結(jié)構(gòu)要求的飛行器應(yīng)用是人孔蓋。由常用的鋁材改為熱固性復(fù)臺材

料，其重量減輕25。就熱塑性材料而言，這種重量的減輕隨生產(chǎn)成本的降低而提高，典型 情況下，是常用復(fù)臺材料的三分之一。

用于制造這些組件的典型生產(chǎn)技術(shù)采用了改進(jìn)的沖壓技術(shù)，這種沖壓技術(shù)特別適用于以 熱塑性P．P．S和P．E．E．K作為基體材料的連續(xù)纖維復(fù)臺材料。陀螺外萬向架

現(xiàn)代陀螺組件主要用鋁材制造，這可以達(dá)到減輕重量和提高剛度的要求，同時還滿足極 高的尺寸允差要求。

當(dāng)前的工作是評價在本項范圍內(nèi)應(yīng)用復(fù)臺材料時降低成本的主要原因，特別是在組件產(chǎn) 量達(dá)到數(shù)萬件時。

已經(jīng)對使用可塑性復(fù)臺材料的兩種技術(shù)進(jìn)行了評價。一種是環(huán)氧／碳單向鋪層、粘結(jié)和 機(jī)械固接到復(fù)合鋁臺金上的技術(shù)。它具有較好的尺寸穩(wěn)定性，尤其是在熱膨脹時。

第二種為注模工藝技術(shù)，這種技術(shù)使用了在幾種如像P．E．E．K，P．E．S，P．E．I和P．P．S 這些工程熱塑性塑料中加入短碳纖維而制成的復(fù)臺材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在極高的彈性模 量的條件下減輕重量，并能對軸承和軸瓦進(jìn)行整體模壓制造，因此進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。表1列出了這種應(yīng)用方法的典型性能的比較。電路援

三十年來，印刷電路板使用了以聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂以及聚醢亞胺作為熱固性基體材料 和以璃玻纖維編織物或紙作增強(qiáng)材料而構(gòu)成的復(fù)臺材料。

新型和先進(jìn)的 電子封裝 技術(shù)需要有具有不同特性的電路板，很多普通材料不能滿足 要求，特別在介電常數(shù)上

由于普通工程熱塑性翅料的限制而使得先進(jìn)技術(shù)的希望有所減小，在P．E．S和P．E．I選 種塑料出現(xiàn)之前，不會滿足如下一些設(shè)計準(zhǔn)則的要求，這些準(zhǔn)則是 ·經(jīng)受住焊接溫度和時間，·使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)I ·提供良好的導(dǎo)體／基體的粘接。

當(dāng)前趨向于使用無定形材料，這些材料在溫度達(dá)到轉(zhuǎn)移溫度(T g)之前，尺寸穩(wěn)定性較 好，不發(fā)生相變。像P．S．F，P．E．I和P．E．S這些材料，其T 和熱失穩(wěn)溫度(HDTS)均 高，且不易燃，就國際規(guī)格(美NUuderwriter s試驗室)來說，比大多數(shù)常用基礎(chǔ)材料要 高。

對許多改進(jìn)的電系統(tǒng)，這些材料具有潛在的優(yōu)勢，但是，前一些傳統(tǒng)的材料仍適用于 許多設(shè)計上 典型材料的比較見表2。導(dǎo)彈彈體構(gòu)架

制造導(dǎo)彈的典型方法是用鋁材經(jīng)鍛造或鑄造制成單獨(dú)的圓筒形段，然后焊接而成整個彈 體。

為了降低成本，特別是對生產(chǎn)上千發(fā)導(dǎo)彈來說，需采用成本很低的導(dǎo)彈設(shè)計工程方法。

這就是半殼式設(shè)計方法，這種方法除具有高生產(chǎn)率外，其主要的優(yōu)點(diǎn)是整個導(dǎo)彈彈體的焊接 工作量明顯降低(見圈2)

對各種成塑方法進(jìn)行了評價，戚塑使用的材料是高性能工程熱塑性材料，成塑方法包括

從連續(xù)纖維熱固性樹脂噴注法到熱固性壓膜和注膜法。

上述每種生產(chǎn)技術(shù)都可能滿足所需大量的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。對任何塑性材料來說，熱 塑性材料具有最高的潛在生產(chǎn)速度。

直到目前為止，許多常用的熱塑性材料尚不能滿足導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。但是，像P．P．S、P．E．E．K和P．E．S聚臺物的出現(xiàn)產(chǎn)生了成本一效果設(shè)計結(jié)果，尤其是將增強(qiáng)釬維加入到天 然高性能基體材料時。在本應(yīng)用中使用的幾種復(fù)合材料的典型性能列于表3。

對各種成塑方法進(jìn)行了評價，戚塑使用的材料是高性能工程熱塑性材料，成塑方法包括

從連續(xù)纖維熱固性樹脂噴注法到熱固性壓膜和注膜法。

上述每種生產(chǎn)技術(shù)都可能滿足所需大量的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。對任何塑性材料來說，熱 塑性材料具有最高的潛在生產(chǎn)速度。

直到目前為止，許多常用的熱塑性材料尚不能滿足導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。但是，像P．P．S、P．E．E．K和P．E．S聚臺物的出現(xiàn)產(chǎn)生了成本一效果設(shè)計結(jié)果，尤其是將增強(qiáng)釬維加入到天 然高性能基體材料時。在本應(yīng)用中使用的幾種復(fù)合材料的典型性能列于表3。時，預(yù)定纖維取向是重要的。

～～ 自鼐五烯出現(xiàn)以來，現(xiàn)有的工程熱塑料已經(jīng)發(fā)展了相當(dāng)長的一段時間，但是在熱性能方

面，溫度性能產(chǎn)生了自己的問題 生產(chǎn)這些材料需要很高的溫度，并且生產(chǎn)連續(xù)纖維復(fù)合材

肆組臺件優(yōu)之生產(chǎn)與其相似的熱固性材料組件要困難得多。

這種情況的發(fā)展，使之適臺于重要的應(yīng)用上。在這些應(yīng)用中，熱塑性材料可作為基體材 料而取代許多常用的熱固性材料。一

熱塑性材料的一個突出優(yōu)點(diǎn)就是它可以作為一種純樹脂束生產(chǎn)工程組合件而不需加入增

強(qiáng)材料。熱同性枋料僅作為樹脂來使用是不實(shí)際的，要保證使用，則需要特性增強(qiáng)劑。

結(jié) 論

本文說明了熱塑性材料及其復(fù)合材料在航空艟天應(yīng)用中的范圍，其潛力是否完全滿足要 求將取決于所選用的材料能按成本—— 效果要求進(jìn)行組件設(shè)計和生產(chǎn)。

從用于增強(qiáng)劑的纖維到用于降低密度以及介電特性的空心微球顆粒的這些特性增強(qiáng)劑表

明，所有。塑性一材料都具有滿足大部分應(yīng)用的通用性，麗在這些應(yīng)用中，均使用了熱塑性 材料。

疑后指出，熱塑性材料不能取代熱固性材料，它們僅彌補(bǔ)塑料作為一個整體以及滿足取 決于其能力的挑戰(zhàn)要求的塑料的成就項目。

第四篇：碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域相關(guān)發(fā)展

碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展淺析

咱們分航空和航天兩個方面，對CFRP的應(yīng)用，略加介紹。這篇的很多技術(shù)術(shù)語，都在前文中介紹過。您有了那些鋪墊，再讀下去，會覺得沒那么生澀。還會因為知道了前因后果，感悟得更多一點(diǎn)所謂外行看熱鬧，內(nèi)行看門道。說到應(yīng)用，國外的料大家盡管爆，國內(nèi)產(chǎn)品公開的信息不多，因此兵器迷所知有限，只能給大家上個小菜——所有國內(nèi)資料都來自互聯(lián)網(wǎng)官方報道和公開出版物，并注明了相關(guān)來源。額來壇子的目的，第一是學(xué)習(xí)，第二是分享，第三是科普。

一、航空方面的CFRP應(yīng)用

業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為，碳纖維復(fù)合材料在軍用航空方面的應(yīng)用大體上可以分為三個階段（也有按四個階段分的，差異不大）。民機(jī)對安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性要求高于軍機(jī)，因此在應(yīng)用上更加保守和延后，但也大體追隨了軍機(jī)的步伐。在此一并介紹。

第一階段——非承力結(jié)構(gòu)：20世紀(jì)60-70年代：由于1公斤CFRP可以大體替代3公斤鋁合金，性能滿足要求，因此開始用于非承力結(jié)構(gòu)，如艙門、前緣、口蓋、整流罩等尺寸較小的部件。對于民機(jī)，除了上述應(yīng)用外，機(jī)艙大量的內(nèi)飾也會用到復(fù)合材料，但其中有很多是芳綸或者玻璃纖維復(fù)材，這里不贅述。

國內(nèi)方面：從難度上說，非承力結(jié)構(gòu)是航空復(fù)材的小case，但是應(yīng)用面卻最廣泛。國內(nèi)在技術(shù)上已無大的障礙，基本達(dá)到了國外類似的水平，需要的是大規(guī)模普及。相信ARJ21,C919和運(yùn)20等大平臺和眾多無人機(jī)小平臺定型運(yùn)營后，能夠為此提供廣闊的應(yīng)用空間。

這些一般應(yīng)用，大多用便宜的大絲束產(chǎn)品就夠了；而T300以上的產(chǎn)品，貴得離譜，好鋼用在刀刃上，于是大多用在承力結(jié)構(gòu)上。

第二階段——次承力結(jié)構(gòu)：20世紀(jì)70-80年代：隨著力學(xué)性能的改善與前期應(yīng)用的效果提高了人們的信心，CFRP逐步擴(kuò)展到飛機(jī)的次承力結(jié)構(gòu)，即垂尾、平尾、鴨翼、副襟翼舵面等受力較大、尺寸較大的部件。

其中，1971年美國F-14戰(zhàn)斗機(jī)把纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料成功應(yīng)用在平尾上，是復(fù)合材料史上的一個里程碑事件。波音B777也將CFRP應(yīng)用于垂尾、平尾等多處部件，共用復(fù)合材料9.9噸，占結(jié)構(gòu)總重的11%。

國內(nèi)方面:

中國將CFRP用于軍機(jī)的舵面和翼面，也已經(jīng)開始成熟。

根據(jù)《玻璃鋼》等雜志的公開報道,早在“六五”期間，沈陽飛機(jī)設(shè)計所、航空材料研究院和沈陽飛機(jī)廠共同研制殲擊機(jī)復(fù)合材料垂尾壁板，比原鋁合金結(jié)構(gòu)輕21kg，減重30％。北京航空工藝研究所研制并生產(chǎn)的QY8911／HT3雙馬來酰亞胺單向碳纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料已用于飛機(jī)前機(jī)身段、垂直尾翼安定面、機(jī)翼外翼、阻力板、整流壁板等構(gòu)件。殲轟7-A戰(zhàn)機(jī)采用了CFRP平尾。

2009年建國60周年國防成就展上，報道了殲10在鴨翼、垂尾、襟副翼、腹鰭等所有7個舵面和腹鰭采用了CFRP材料，這與國外這一階段的發(fā)展水平基本相當(dāng)。

2011年通用航空大會上披露，即將定型的獵鷹L15高教機(jī)也采用了復(fù)材的機(jī)頭罩、方向舵和垂尾，其中舵面是CFRP。

在民機(jī)方面，ARJ21新支線飛機(jī)的復(fù)合材料技術(shù)水平大體達(dá)到了這樣一個水平，算是開了個頭，但大規(guī)模應(yīng)用尚需時日。

圖1 國內(nèi)某機(jī)型基于“π”形接頭盒段結(jié)構(gòu)成型的CFRP垂直安定面

圖2：獵鷹L15采用了T300CFRP材料制作的尾翼舵面

國內(nèi)CFRP次承力構(gòu)件的廣泛應(yīng)用，與T300生產(chǎn)進(jìn)程密切相關(guān)。材料的國產(chǎn)化，產(chǎn)量的擴(kuò)大化和價格的低廉化，分別為CFRP次承力構(gòu)件的應(yīng)用提供可能性、適用性和經(jīng)濟(jì)性。從而最終推動CFRP次承力構(gòu)件成為國產(chǎn)軍民航空器的標(biāo)配。

這一階段的材料和工藝，都是我們用T300和手工鋪疊工藝能夠達(dá)到的，因此未來的發(fā)展相對有把握。但如果制件再大些，承力再大些，就會涉及主承力結(jié)構(gòu)了。

第三階段，從上世紀(jì)80年代至今，隨著高性能碳纖維和預(yù)浸料-熱壓罐整體成型工藝的成熟，CFRP逐步進(jìn)入機(jī)翼、機(jī)身等受力大、尺寸大的主承力結(jié)構(gòu)中。

美國原麥道飛機(jī)公司于1976年率先研制了F/A-18的復(fù)合材料機(jī)翼，把復(fù)合材料的用量提高到了13%，成為復(fù)合材料史上的又一個重要里程碑。后期更采用自動鋪絲技術(shù)為FA-18E/F制造CFRP的12塊機(jī)身蒙皮，10塊進(jìn)氣管蒙皮，4塊水平尾翼蒙皮。F16戰(zhàn)斗機(jī)BLOCK50之后也開始采用CRPR復(fù)合材料機(jī)翼。F22戰(zhàn)機(jī)的復(fù)合材料用量已經(jīng)提高到結(jié)構(gòu)重量的22%。目前西方國家軍機(jī)上復(fù)合材料用量約占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量的 20%～50%不等。

民機(jī)方面，波音777采用全復(fù)合材料尾翼，其翼面及翼盒構(gòu)件，均采用自動鋪帶技術(shù)制造。空客A330/A340飛機(jī)長9m，寬2m，重200kg的大型蒙皮壁板。A380的后機(jī)身所有蒙皮壁板19段，22%的機(jī)身重量是CFRP。尤其是A380的8*7*2.4米中央翼盒，重8.8噸，CFRP就用了5.5噸，比金屬材料減重達(dá)1.5噸，其燃料經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)可觀。

這方面的先行者，是波音公司的B787“夢想”飛機(jī)，復(fù)合材料應(yīng)用率50%。CFRP廣泛應(yīng)用在機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、平尾、機(jī)身地板梁、后承壓框等部位，同時是第一個同時采用CFRP復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型商用客機(jī)，其23% 的機(jī)身均使用了自動鋪絲機(jī)制成的CFRP材料。

最值得關(guān)注的，是其機(jī)身：787機(jī)身工藝采用直徑5.8m 的成型模胎安裝在一旋轉(zhuǎn)夾具上沿長軸轉(zhuǎn)動，先鋪長桁然后鋪皮，形成外表光滑的變厚度的殼體以及共固化的桁條組成的機(jī)身段，經(jīng)過熱壓罐固化后，取下模胎。這一工藝可以代替由上百塊蒙皮壁板、加強(qiáng)筋及長桁、上千個緊固件組成機(jī)身的工藝，見下圖。

圖3：波音787直徑5.8米整體成型CFRP框段

在研機(jī)方面，波音公司X-45系列飛機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)90%以上，諾斯羅普·格魯門公司的X-47系列飛機(jī)也基本上為全復(fù)合材料飛機(jī)。

看完波音的系列CFRP主承力結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，兵器迷想問問某些網(wǎng)友，憑哪條說美國是產(chǎn)業(yè)空心化，只剩下金融和房地產(chǎn)了？人家居安思危，幾句謙虛的自拙之語，被剛進(jìn)入工業(yè)化不久的我們?nèi)绔@至寶般的照單全收，再加以主觀放大，作為沾沾自喜的根據(jù)，實(shí)在不足為取啊。

國內(nèi)方面

根據(jù)中廣網(wǎng)的公開報道，2012年12月，中航工業(yè)西飛公司向中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司(簡稱中國商飛)交付了C919大型客機(jī)中央翼、襟翼及運(yùn)動機(jī)構(gòu)部段，這是C919大型客機(jī)七大部段中難度最大、工作量最大的兩個部分。這兩個部段尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形公差要求高，尤其是國內(nèi)民機(jī)最長尺寸、長達(dá)15米的襟翼緣條加工，技術(shù)難度非常大。西飛突破了復(fù)合材料大型成型模具設(shè)計制造技術(shù)、復(fù)合材料構(gòu)件預(yù)裝配變形控制技術(shù)等多項技術(shù)難關(guān)，整個研制過程全部采用先進(jìn)的三維數(shù)字化設(shè)計、傳遞與制造，中央翼部段除1號肋是金屬件外，全部采用了先進(jìn)的中模高強(qiáng)碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造。這是國內(nèi)首次在固定翼飛機(jī)最重要的主承力結(jié)構(gòu)件上使用復(fù)合材料，代表了中國制造的碳纖維航空復(fù)合材料應(yīng)用的最高水平。

圖4 國內(nèi)基于T 形接頭共固化/膠接一體成型工藝研制的盒段件。

圖5國內(nèi)采用CFRP生產(chǎn)的某機(jī)型縱橫向加筋機(jī)身壁板。

注意，圖5的產(chǎn)品仍然面積較小，需要通過機(jī)械加工多塊拼接形成大型壁板。而波音787可以整體成型超長超寬的壁板，覆蓋在兩個大型工藝分離面（核心主框段）之間，如5.8m×7m 的47 段和 4.3m×4.6m的 48段CFRP壁板。

我們能做出來786這么大的壁板嗎？回答是：能。

這位眼睛瞪圓了——那為什么不用呢？

其實(shí)，國內(nèi)C919大飛在一開始，也曾雄心勃勃，想做類似波音787這樣的大型整體壁板.但我們的工藝水平不成熟，雖然能做出來，卻無法控制批次質(zhì)量的穩(wěn)定性.廢品率高，成本自然下不來。C919是商飛啊，不是技術(shù)驗證機(jī)，安全性和經(jīng)濟(jì)性都是一票否決，所以琢磨了很久，還是放棄了。仍然采用分塊成型拼接吧。

差強(qiáng)人意,亦屬無奈。

為了學(xué)習(xí)CFRP大型構(gòu)件整體成型的新技術(shù)、新工藝，哈飛復(fù)合材料公司與外方合作伙伴一起，共同進(jìn)行C919的部件開發(fā)。下圖6展示的，就是哈飛復(fù)材公司參與制造的C919機(jī)尾框段——在2.4米的長度內(nèi)，直徑從2米平滑過渡到1.2米，一次整體成型，是目前公開所見國內(nèi)合作制作的最大體積整體成型CFRP制件。見圖6

圖6：C919機(jī)尾76-81框的CFRP整體成型框段

CFRP主承力結(jié)構(gòu)件，對T700,T800等高性能軍用碳纖維生產(chǎn)，以及大型復(fù)材整體成型技術(shù)提出了更高需求。國內(nèi)在這兩方面又都存在短板甚至空白。因此大多數(shù)應(yīng)用是探索性，合作性和階段性的。在短期內(nèi)，我們尚無法做到主承力結(jié)構(gòu)CFRP的大規(guī)模應(yīng)用。

對此，正確的態(tài)度應(yīng)當(dāng)是：學(xué)而時習(xí)之。中國人有差距，不可怕。咱學(xué)，咱追，一定有一天咱超——就像空警2000一樣?？膳碌氖峭苑票『鸵估勺源髢煞N極端心態(tài)。這樣的心態(tài)，距離事實(shí)很遠(yuǎn);距離成功，那是無限遠(yuǎn)。

CFRP三個階段的應(yīng)用介紹完了，咱們再看看——

直升機(jī)、旋翼機(jī)、風(fēng)扇葉片等其他方面

包括CFRP在內(nèi)的先進(jìn)復(fù)合材料的用量甚至更大。如V-22魚鷹傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，其結(jié)構(gòu)的50%由復(fù)合材料制成，包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等，共用復(fù)合材料3000多千克，其中很大一部分是CFRP。V-22的整體后機(jī)身，原由9塊手工鋪疊的壁板裝配構(gòu)成，后改為自動鋪絲工藝整體成型，減少了34％的緊固件，53％的工時，降低了90％廢料率。自動鋪絲技術(shù)同時應(yīng)用于儲油箱、旋翼整流罩、主起落架艙門。已經(jīng)下馬的“科曼奇”(RAH-66)共使用復(fù)合材料50%，歐洲最新批次的“虎”式武裝直升機(jī)結(jié)構(gòu)部件的復(fù)合材料用量高達(dá)80%，接近全復(fù)材結(jié)構(gòu)。

國內(nèi)方面：

2011年國際通用航空大會披露，我國與法國、新加坡合作研制的輕型直升機(jī) EC120的機(jī)身、垂尾、水平安定面、尾翼、前艙等結(jié)構(gòu)均由CFRP等復(fù)合材料制成。在軍機(jī)方面，近年來所有的國產(chǎn)直升機(jī)旋翼都是多維編制的CFRP復(fù)材葉片，金屬旋翼葉片已經(jīng)完全淘汰。報載：復(fù)材葉片和先進(jìn)旋翼機(jī)構(gòu)，已經(jīng)成為中國直升機(jī)整體短板下不可多得的優(yōu)勢點(diǎn)，水平基本與國外看齊——?dú)?0、武直

10、遼寧號這些平臺類的突破固然可喜，而直升機(jī)葉片這樣長期困境中的點(diǎn)滴進(jìn)步，也同樣令人感動。

既然說起葉片，再嘮叨兩句航空渦扇發(fā)動機(jī)。

大家知道，航發(fā)的風(fēng)扇葉片，大多采用鈦合金。金屬葉片有一個弱點(diǎn)，就是振動阻尼性能較差，高速旋轉(zhuǎn)時容易震顫，而且不易衰減。而且如果葉片本身已經(jīng)有微小裂紋，就會在這種持續(xù)震顫中，引發(fā)裂紋由內(nèi)向外快速擴(kuò)張，在極短時間內(nèi)造成葉片斷裂。這是一種比共振更加危險的振動現(xiàn)象。

因此，有些風(fēng)扇就在每個葉片的兩側(cè)加一個凸臺，專業(yè)術(shù)語稱為“凸肩”。建國60周年空軍成就展上披露，在殲11系列的AL31FN和WS-10A發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口，都有這樣的凸肩（見下圖）。這樣，葉片全部高速旋轉(zhuǎn)時，各凸肩形連起來成了一個加強(qiáng)環(huán)，增加了葉片剛度。而且，葉片是依次疊加的，每個凸肩“頂”著前面一個葉片，有效降低了阻尼震顫。但這樣做的后果，是凸肩增加了葉片厚度和重量，同時增加了葉片數(shù)量，降低了發(fā)動機(jī)的推重比。

圖7：殲10發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口的凸肩（紅圈處）

而CFRP材料制成的風(fēng)扇葉片，由于纖維多層交叉鋪貼，材料本身“各向異性”性能優(yōu)越，裂紋生長緩慢，再加上振動衰減率比鈦合金快5-6倍，因此可以取消葉片凸肩。2010年珠海航展披露，GE和法國斯奈克瑪為C919大飛聯(lián)合研制的發(fā)動機(jī)LEAP-X，就采用了CFRP三維碳纖維編織物整體成型的風(fēng)扇葉片，不但重量減輕了50%，葉片數(shù)也減少了一半。

國內(nèi)發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片，目前只看到渦槳發(fā)動機(jī)的復(fù)合葉片，尚未見到實(shí)裝渦扇發(fā)動機(jī)使用CFRP的報道。2012年珠海航展上的CJ-1000A發(fā)動機(jī)是我國第一款商用渦扇航空發(fā)動機(jī)在研產(chǎn)品，據(jù)稱采用了CFRP寬弦復(fù)合大彎掠風(fēng)扇葉片。讓我們假以時日，拭目以待吧。

在2011年中國國際通用航空大會上，“天弩”、“風(fēng)刃”等無人機(jī)采用了全機(jī)結(jié)構(gòu)CFRP材料，V750無人直升機(jī)、小型通用航空雙座飛機(jī)，也都大范圍采用了CFPR蒙皮，可以看作是國內(nèi)碳纖維復(fù)材在通用航空領(lǐng)域的有益嘗試。

航空說完了，咱吧眼光再放遠(yuǎn)點(diǎn)，看看航天吧。

二、航天方面的CFRP應(yīng)用

鼻錐和翼面：洲際導(dǎo)彈、宇航飛船高速再入大氣層時，由于絕熱壓縮空氣的阻力，飛行器表面的溫度非常高。美國阿波羅飛船指揮艙表面的最高溫度達(dá)2740℃。利用CFRP系列中的分支——碳纖維碳增強(qiáng)復(fù)合材料CFRC（也稱碳/碳復(fù)合材料）制成燒蝕材料，熱力學(xué)性能優(yōu)異，防熱效果好。如美國碳/碳復(fù)合材料在3837℃高溫持續(xù)255秒的過程中，線燒蝕率只有0.005毫米/秒，保證了航天飛機(jī)在1650℃的環(huán)境中連續(xù)工作40分鐘安然無恙。而且，碳/碳復(fù)合材料用來制造洲際彈道導(dǎo)彈的鼻錐和翼尖，在燒蝕過程中燒蝕率低、燒蝕均勻和燒蝕對稱。這保持了航空器的良好氣動外形，有利于減少非制導(dǎo)誤差，美國的民兵-III導(dǎo)彈，就采用了碳/碳復(fù)材鼻錐。

噴管喉襯：固體火箭發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑燃燒時產(chǎn)生的高溫高壓和高能粒子從噴管以3.0～4.5馬赫的超音速噴出，噴管承受3 500℃高溫、5～15 MPa的壓力和高溫沖刷。美國的民兵-III導(dǎo)彈，第三極火箭噴管喉稱采用了碳布浸漬樹脂，滿足3260℃工作60秒的需求。MX彈道導(dǎo)彈第三級發(fā)動機(jī)的噴管關(guān)鍵部位如外頭帽前段、整體喉襯入口段和喉部下游段采用了CFRC。固定體和柔性接頭絕熱層采用了碳纖維填充三元乙丙橡膠(EPOM)；海軍三叉戟Ⅱ型(D-5)的第一、第二級發(fā)動機(jī)采用了CFRC。

發(fā)動機(jī)殼體：導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體的減重，有利于提高導(dǎo)彈射程。美國“北極星”導(dǎo)彈的固體發(fā)動機(jī)殼體由金屬材料到CFRP材料制造，射程提高了1倍左右。例如，“北極星”AⅠ型的兩級殼體都用鋼，射程僅為2 200 km；AⅡ型第一級為鋼，第二級用GFRP，射程提高到2 800 km；AⅢ兩級都用GFRP，射程提高到4 600 km。三叉戟Ⅱ型(Trident-Ⅱ，D-5)，固體發(fā)動機(jī)殼體采用了CFRP，射程由Ⅰ型的7 400 km提高到12 000 km，命中精度為90 m，成為當(dāng)前潛射洲際彈道導(dǎo)彈的主要型號。而且，美國目前的新型火箭，基本連殼體都是CFRP復(fù)材制成，重量輕、體積小、射程遠(yuǎn)。

再入彈頭：洲際彈道導(dǎo)彈的頭部大面積防熱材料大多采用粘膠基碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂。美國Amoco、Hitco公司和白俄羅斯的斯威特朗岡斯克(СВЕТЛОГОРСК)是世界上生產(chǎn)粘膠基碳纖維的主要大廠。不但防熱效果好，而且粘膠基碳纖維和酚醛樹脂的純度高，堿、堿土金屬的含量相當(dāng)?shù)停胤荡髿鈱舆^程中形成的燒蝕尾流含金屬離子少，不易跟蹤，加強(qiáng)了導(dǎo)彈的突防和生存能力。

級間聯(lián)接：美國GE公司為“阿特拉斯”導(dǎo)彈設(shè)計的高2.34米的聯(lián)接器，除口蓋之外全部采用碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，比鋁合金減重44%。

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料：美國康維爾公司為雙元“OV-I”衛(wèi)星制作了CFRP的四根大梁結(jié)構(gòu)，減重68%。美國”ATS”衛(wèi)星的地球觀測艙CFRP連接支架，長4.4米，僅重3.6公斤，可承受9頓負(fù)荷。比最好的金屬支架減重50%以上，而且高低溫度下的變形很小。

有鑒于此，分析了一下印度烈火-5導(dǎo)彈的公開報道（17.5米的長度，50噸的重量，1噸的彈頭，長細(xì)尖銳的彈頭外形?..）, 估計其尚不具備火箭發(fā)動機(jī)CFRP殼體，或者火箭CFRP外殼，且缺乏長程洲際導(dǎo)彈高彈道再入大氣層所需要的粘膠基碳纖維的獨(dú)立生產(chǎn)能力。果真如此，那么面對其航天大國和洲際導(dǎo)彈強(qiáng)國的炫耀，只能說，印度的進(jìn)步是顯著的，差距也同樣顯著。

這位說了，說人家阿三，咱自己中不中?。亢呛?，咱往下看。

國內(nèi)方面：

據(jù)《合成纖維》等雜志和網(wǎng)上的公開報道，我國在戰(zhàn)略武器方面的碳纖維應(yīng)用情況如下：

火箭發(fā)動機(jī)殼體：中國的GFRP固體發(fā)動機(jī)殼體始于20世紀(jì)80年代，并已取得成功。“東方紅-2”通訊衛(wèi)星運(yùn)地點(diǎn)發(fā)動機(jī)、“風(fēng)云-2”氣象衛(wèi)星運(yùn)地點(diǎn)發(fā)動機(jī)和“長征-2E”發(fā)動機(jī)的殼體都采用了GFRP來制造。我國研制成功的大型(殼體直徑1 402 mm，長2 058 mm)SPTM-14發(fā)動機(jī)與長二捆火箭配套，成功地將模擬衛(wèi)星送入軌道，標(biāo)志著我國大型GFRP殼體進(jìn)入實(shí)用階段。之后，我國研制成功的EPKM-17上面級發(fā)動機(jī)殼體(直徑1700 mm，長1 874 mm)與長二捆大推力火箭配套，于1995年末成功地將“亞洲二號”衛(wèi)星和“艾克斯達(dá)一號”衛(wèi)星送入36 000 km的太空。

火箭導(dǎo)彈殼體：我國研制CFRP殼體也取得了長足進(jìn)步。1990年代后期，進(jìn)行了T300固體火箭發(fā)動機(jī)殼體的基礎(chǔ)試驗、殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗、點(diǎn)火試車等全程考核，完成了12K T700 CFRP殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗。第一個用在型號上的是“開拓者一號”固體小運(yùn)載發(fā)動機(jī)的第四級(直徑640 mm)，并于2003年9月飛行成功。實(shí)現(xiàn)了CFRP殼體的歷史性跨越。目前，T800 CFRP殼體預(yù)研試驗已經(jīng)展開。

噴管喉襯：我國研制的C／CFRP噴管于1989年點(diǎn)火成功，出口壁厚最薄處僅為0.9 mm的大尺寸(Ф500～2 000 mm左右)噴管顯示出優(yōu)異的綜合性能。

再入彈頭：根據(jù)《東華校友》“創(chuàng)制國防尖端材料的科研先鋒——記上海市勞動模范潘鼎教授”一文報道，2001-2003上海勞動模范，東華大學(xué)材料學(xué)教授、博士生導(dǎo)師潘鼎教授，主持了“300Kg/年粘膠基碳纖維擴(kuò)試線”這一國家級重大軍工科研項目，用不同于國外原料的國產(chǎn)棉纖維素原絲制成了填補(bǔ)國內(nèi)空白、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平的高純度航天級粘膠基碳纖維，成果無償轉(zhuǎn)給中科院山西煤化所，進(jìn)行放大生產(chǎn)。課題組還制定了“ＧＪＢ３８３９－２０００”國家標(biāo)準(zhǔn)，形成了具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)、世界上獨(dú)一無二的，用棉纖維素粘膠簾子線制備碳纖維的技術(shù)及應(yīng)用設(shè)備。該技術(shù)和產(chǎn)品榮獲2003國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎，解決了DF-31導(dǎo)彈的定型難題，并使我國已成為美俄之外，能夠獨(dú)自掌握這一產(chǎn)品及其生產(chǎn)技術(shù)的世界第三大國。

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

據(jù)中國質(zhì)量新聞網(wǎng)報道，我國2011年發(fā)射的嫦娥二號探月衛(wèi)星，其定向天線的重要支撐部分，定向天線展開臂，是由哈爾濱玻璃鋼研究院研發(fā)的CFRP復(fù)材，總重量僅500余克，較使用鋁合金材質(zhì)減輕近300克，但承重能力毫不遜色。

有朋友說，300克算什么?。亢呛?，要知道，衛(wèi)星的減重，是以克計的，少1克，能節(jié)約500克燃料。少300克，衛(wèi)星就可以多帶一個相機(jī)或望遠(yuǎn)鏡，多完成一些任務(wù)。再看看減重比例：40%，還是很有效的，呵呵。

總結(jié)

至此，關(guān)于碳纖維及其復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展淺析系列文章，就此打住了。

有朋友問：你說了這么多，那么在碳纖維復(fù)材的航空航天應(yīng)用上，中國在世界上究竟處于什么位置呢？

這個問題，兵器迷可回答不了，咱們借用中國材料大師師昌緒老先生在2010年的評論：目前中國的CFRT應(yīng)用，大約處于西方發(fā)達(dá)國家1980年代的水平。

從上面的介紹可以看出，中國的碳纖維復(fù)材，在軍用領(lǐng)域緊追慢趕，亮點(diǎn)不少。但在民用航空領(lǐng)域的發(fā)展，一直大幅度落后于美歐日等國家，直接原因是成本太高，比要替代的鋁合金貴的多，甚至比鈦合金還要貴。

這其中的間接原因是多方面的。

首先，戰(zhàn)略軍用小絲束產(chǎn)品，得益于兩代“核心”領(lǐng)導(dǎo)的重視，T300軍用碳纖維的完全國產(chǎn)化，使得次承力結(jié)構(gòu)軍用構(gòu)件有較快的發(fā)展。而民用大絲束領(lǐng)域的政策扶持相對滯后許多。實(shí)際上，國家當(dāng)年資源人力都有限，為了救急，集中精力搞軍用小絲束，是完全合理的。但是，從長遠(yuǎn)來看，通用、民用產(chǎn)品的市場空間更大，是碳纖維行業(yè)持久發(fā)展、持續(xù)創(chuàng)新的厚土沉基。在軍品已經(jīng)打開突破口，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國力增強(qiáng)的今天，不要說大絲束，即便是小絲束產(chǎn)品，也應(yīng)當(dāng)更多的從市場和民用角度，拓寬其行業(yè)基礎(chǔ)，以軍帶民、以民養(yǎng)軍、分苗嫁接、開枝散葉，形成軍用技術(shù)和民用產(chǎn)業(yè)的良性互動。這是政策層面的原因。

第二，國內(nèi)十?dāng)?shù)家碳纖維生產(chǎn)廠家，群雄并起，看似熱鬧，實(shí)際上有很大一部分并沒有掌握核心技術(shù)。要么是關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵材料需要進(jìn)口，要么是工藝參數(shù)和質(zhì)量控制沒有吃透。甚至，很多企業(yè)到現(xiàn)在，PAN原絲生產(chǎn)還要高價進(jìn)口東麗公司的DMSO溶劑，屬于照貓畫虎形的“自主生產(chǎn)”。多數(shù)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量批次差異性較大，纏結(jié)、斷絲時有發(fā)生，合格的PAN原絲生產(chǎn)量不過100噸/年，達(dá)不到基本規(guī)模經(jīng)濟(jì)水平。產(chǎn)業(yè)布局和關(guān)鍵技術(shù)的把握，都有很大的提升空間。這是PAN原絲和碳纖維生產(chǎn)層面的原因。

第三，在預(yù)浸料自動鋪疊技術(shù)和整體成型工藝，已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家成熟制造技術(shù)，但對于中國航空航天碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，依然是工業(yè)化生產(chǎn)中最大的一塊短板，甚至空白。即便有了引進(jìn)設(shè)備，我們對復(fù)材的物理性質(zhì)，力學(xué)性能研究不透，對加工參數(shù)掌握不足，知其然不知其所以然，直接用國外的軟件設(shè)計復(fù)材方案，導(dǎo)致CFRP復(fù)材的產(chǎn)量低、價格高、質(zhì)量不穩(wěn)定和創(chuàng)新能力低下。軍用部件不計成本，也就罷了，而對商業(yè)化批量生產(chǎn)和應(yīng)用，這就是一個重大的阻礙，很多廠家為此畏難而退，裹足不前，干脆直接用已經(jīng)摸透的金屬材料做更有把握和更經(jīng)濟(jì)。這是復(fù)材生產(chǎn)層面的原因。

第四，航空航天器的設(shè)計，需要結(jié)合復(fù)材性能特性，加強(qiáng)整體設(shè)計的思想，而不是簡單的替換原金屬部件。舉一個簡單的例子，國內(nèi)某型軍機(jī)的平尾改用CFRP復(fù)材后，確實(shí)輕了不少，但卻因此改變了全機(jī)力矩平衡，需要通過配重進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果整機(jī)減重效果并不理想。當(dāng)然，逐項替代也是一種有效的驗證步驟，但有一種理念需要強(qiáng)調(diào)：局部優(yōu)化不代表整體優(yōu)化。在復(fù)合材料應(yīng)用愈加廣泛的今天，頂層設(shè)計，全局優(yōu)化，才能最大化的發(fā)揮復(fù)材的最大功能效用和經(jīng)濟(jì)效用。這是設(shè)計思想層面的原因。

寫至此處，兵器迷覺得筆端異常沉重——回顧碳纖維復(fù)材的發(fā)展歷程，我們再一次感受到美國的強(qiáng)大和日本的扎實(shí)。這種強(qiáng)大是深入骨髓的，這種扎實(shí)是無所不在的。在碳纖維這個領(lǐng)域，他們傲然前行，卓越領(lǐng)先。

這里面有著深層次的原因。如果不能正視這種真正的領(lǐng)先，反而意淫著多少年GDP趕上美國就揚(yáng)眉吐氣了，那么GDP第一長達(dá)上百年的大清朝頹然崩坍的歷史，就可能重演。如果不能從長效機(jī)制和基礎(chǔ)研究上練真功夫，那么我們今天的進(jìn)步就可能是局部甚至短暫的。

當(dāng)然，承認(rèn)現(xiàn)實(shí)不代表低頭認(rèn)輸。中國強(qiáng)大過數(shù)千年，也落后過數(shù)百年，并且已經(jīng)追趕過數(shù)十年。雖然領(lǐng)跑者的數(shù)量和差距正在縮小，但學(xué)習(xí)和追趕仍將是我們這個民族今后很長一段時間的常態(tài)。懷著這樣的心態(tài)來看問題，美日的領(lǐng)先和強(qiáng)大，就能夠成為中國崛起成型過程中最好的熱壓罐——我們今天的挫折和困難，就像碳纖維和復(fù)材形成過程中的高溫和預(yù)浸料。忍辱負(fù)重、腳踏實(shí)地、科學(xué)精心地調(diào)制這一痛苦和嚴(yán)苛的過程，是中國軍工，乃至中華民族走向真正強(qiáng)大的必經(jīng)之途。

期盼著中國制造碳纖維的千絲萬縷，勝金克鐵；

憧憬著中國碳纖維復(fù)材制造的航空器，自由高飛。

第五篇：航空航天講座

聽王巍教授關(guān)于航空航天講座有感

12月7日，我們聆聽了沈陽航空航天大學(xué)王巍教授關(guān)于航空航天的講座。王教授就航空航天的基本概念，分類，應(yīng)用，發(fā)展概況等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，使同學(xué)們了解到了更多與航天航空有關(guān)的知識。

“航空”與“航天”有哪些區(qū)別呢？這兩種科學(xué)的基礎(chǔ)理論都是空氣動力學(xué)，區(qū)別在于所研究的環(huán)境不同。航空所研究的范圍是地球周圍稠密大氣層內(nèi)環(huán)境，包括飛機(jī)、氣球、飛艇、直升機(jī)等飛行活動；而航天的范圍則是大氣層外環(huán)境。了解了航空航天的概念，王老師又為我們介紹了常見航空航天器的分類。航空器可分為輕航空器和重航空器。其中輕航空器包括氣球、飛艇兩種飛行器。而重航空器則又可分為固定翼（飛機(jī)、滑翔機(jī)）、旋翼（直升機(jī)、旋翼機(jī)）以及撲翼機(jī)（仿生類）三種。這時，同學(xué)們都產(chǎn)生了疑問：“直升機(jī)和旋翼機(jī)有什么區(qū)別呢？”原來直升機(jī)是發(fā)動機(jī)帶動的，旋翼機(jī)是氣流驅(qū)動的。這個專業(yè)而簡單的答案給我們留下了深刻的印象。

航天器是根據(jù)是否載人來分類的。無人航天器有人造地球衛(wèi)星和空間探測器兩類，載人航天器有載人飛船、航天站和航天飛機(jī)三類。在老師的介紹中，我在頭腦中把我國航天事業(yè)的發(fā)展與這些飛行器類型一一對上了號。東方紅一號、嫦娥系列、神舟五號、天宮一號??原來，我們引以為自豪的中國航天事業(yè)就是這樣一步步發(fā)展的。

接下來，兩幅藝術(shù)作品又吸引了同學(xué)們的興趣。這便是東西方古代的飛行傳說《嫦娥奔月》和《代達(dá)羅斯父子逃離克里特島》?！舵隙鸨荚隆返墓适乱呀?jīng)是膾炙人口了，而雅典的飛行神話我才是第一次了解。天才的工匠代達(dá)羅斯為了帶兒子逃離克里特島用蠟制作了可以使人飛行的翅膀，代達(dá)羅斯的兒子不聽父親的勸阻，越飛越高，翅膀被太陽曬化了，落入了大海而死。在這個神話中我們不僅看到了古人一種追求自由的精神，更感受到了像鳥兒一樣飛翔這一奇妙的幻想對古人巨大的吸引力。正是古代的人這種不斷的幻想和追求，才促使人們不斷地去探索自然的奧秘、發(fā)展科技，使飛天的夢想成為現(xiàn)實(shí)。

聽過這次演講之后，我對我國的航空航天工業(yè)更加感興趣了。我國從1970年第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”到2012年第一個空間實(shí)驗室“天宮一號”，這其中走過了多少代科研人員付出多少汗水和心血的奮斗歷程。從2005年開始，神舟五號，中國人飛上了太空；神舟六號，多人多天航空任務(wù)；神舟七號，宇航員出艙作業(yè)；神舟八號，完成首次空間交會對接任務(wù)；神舟九號，中國女航天員上天，首次載人空間交會對接，為空間站科研工作拉開了序幕??據(jù)報道，神舟十號也將于2013年6月飛上太空，進(jìn)行進(jìn)一步空間站實(shí)驗。這僅僅是最近幾年中國航天事業(yè)的發(fā)展，卻經(jīng)歷了一次又一次里程碑式的進(jìn)步。相信在不久的將來，我國的航天事業(yè)一定能雄踞于世界之首，見證中國的繁榮和強(qiáng)大！