航空复合材料基础知识
复合材料在航空工业中的应用
复合材料在航空工业中的应用随着科技的不断进步和航空工业的快速发展，复合材料在航空工业中的应用越来越广泛。
这是因为复合材料具有轻质、高强度、高刚度、抗腐蚀、成型性好等优点，能满足航空工业对材料的高要求，同时也能降低整机重量，提高飞行性能和经济性。
一、复合材料的优点1. 轻质相比于传统的金属材料，复合材料具有更轻的重量，这使得它非常适合在航空工业中使用。
其中，碳纤维增强复合材料的密度只有一般金属的1/4，而热固性树脂基复合材料的密度也只有一般金属的1/3。
这种轻量化的优点可以显著地提高航空器的飞行效率和燃油效率，从而减少航空器运行成本。
2. 高强度复合材料的高强度也是它在航空工业中被广泛使用的原因之一。
这些材料有着非常好的耐受力，而且可以在高温和低温环境下保持稳定的性能。
这些特性使得航空器可以经受飞行中的极端条件和危险，同时大大增加了整个航空器的寿命。
3. 高刚度复合材料的高刚度也是它在航空工业中受到青睐的原因之一。
航空器需要保持稳定的结构，以使机翼和其他部件安全可靠地支撑整个飞行过程。
事实上，复合材料的刚度可以比铝合金和其他传统材料高出40%以上，这使得它们适用于制造飞机的高负荷部件。
4. 抗腐蚀复合材料具有抗腐蚀的优点，这使它们具有更长的使用寿命。
航空器经常被暴露在极端环境和天气条件下，这使得它们的结构容易受到腐蚀的影响。
然而，由于复合材料具有防腐蚀特性，因此可以显著地减少这种影响，同时也减少维修和更换所需的时间和成本。
5. 成型性好复合材料可以通过模压和其他方法生产出复杂的形状和结构，因此也具有更好的成型性。
这种成型性使得复合材料可以用于制造一些困难的结构部件，同时也可以最大限度地减少浪费和成本。
二、复合材料在航空工业中的应用1. 机身复合材料被广泛用于制造飞机的机身和机翼。
由于复合材料具有高强度和高刚度，并且比铝合金等其他材料更轻，因此它们非常适合用于制造大型机身部件。
大型客机制造中，复合材料比例可高达50%以上，通过使用这些材料可以大大降低整机重量，从而最大限度地提高航空器的运行效率。
复合材料原理第二版课后答案
复合材料原理第二版课后答案复合材料原理第二版课后答案第一章：绪论1.什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上的材料组成的各司其职、相互补充的一种材料。
2.复合材料的特点有哪些？复合材料具有强度高、刚度大、重量轻、抗腐蚀性强、无疲劳断裂、易成型等特点。
3.复合材料的分类有哪些？按矩阵分类有无机复合材料和有机复合材料；按增强材料分类有无定向增强和定向增强。
第二章：基础知识1.复合材料的加工方式有哪些？常用的复合材料加工方式有手工层压法、自动层压法（RTM、RTM-L、VARTM等）、注塑法、卷制法、旋转成型法等。
2.复合材料中的力学基础知识有哪些？复合材料中的力学基础知识包括应力、应变、应力应变关系、拉伸和压缩、剪切和弯曲等。
3.复合材料中的热力学基础知识有哪些？复合材料中的热力学基础知识包括热膨胀、热导率、热扩散系数等。
第三章：复合材料的基本组成1.复合材料的基本组成是什么？复合材料的基本组成是增强材料和矩阵材料。
2.复合材料的增强材料有哪些？复合材料的增强材料主要有碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维、金属纤维等。
3.复合材料的矩阵材料有哪些？复合材料的矩阵材料主要有四类，即金属基矩阵材料、有机高分子基矩阵材料、无机非金属基矩阵材料、无机金属基矩阵材料。
第四章：复合材料的制备过程1.复合材料的制备过程有哪些？复合材料的制备过程一般包括预处理、增强体制备、矩阵制备、复合成型和后处理等步骤。
2.复合材料的预处理有哪些？复合材料的预处理包括增强体表面处理、矩阵材料预处理、增强体和矩阵的匹配等。
3.如何选择复合材料的制备方法？选择复合材料的制备方法需要考虑到其应用环境和性能要求。
第五章：复合材料的性能和应用1.复合材料的性能有哪些？复合材料的性能包括机械性能、物理性能、化学性能等。
2.复合材料的应用领域有哪些？复合材料的应用领域包括航空航天、轨道交通、建筑结构、汽车制造、石油化工等领域。
3.复合材料的未来发展趋势是什么？未来复合材料的发展趋势是多材料复合、纳米复合、生物仿生等方向的综合发展。
航空工程知识点
航空工程知识点航空工程是一门涉及航空器设计、制造、运行等方面的学科，涵盖了广泛的知识领域。
在本文中，将重点介绍航空工程中的几个重要知识点，帮助读者更好地了解这个领域。
1. 飞行器结构飞行器的结构设计是航空工程中的核心内容之一。
飞行器的结构主要由机身、机翼、动力装置等组成。
机身负责承受飞行过程中的各种载荷，保证乘客的安全；机翼则产生升力，支撑飞行器在空中的飞行；动力装置提供推进力，推动飞行器前进。
不同类型的飞行器有着不同的结构设计，需要根据具体情况进行调整。
2. 飞行原理飞行原理是航空工程中的基础知识。
飞行器利用空气动力学原理实现飞行，主要包括升力、阻力、推力等概念。
升力是飞行器在空中飞行时产生的支撑力，通过机翼的产生来实现；阻力是飞行器在飞行中受到的阻碍力，需要通过推力来克服；推力是飞行器前进的动力来源，通常由发动机提供。
了解这些原理对于飞行器设计和运行都具有重要意义。
3. 航空制导与控制航空制导与控制是保证飞行器正常飞行的重要手段。
飞行器通过舵面的调整，实现姿态的控制；通过发动机的调节，实现速度和高度的控制；通过导航系统的应用，实现航向和航线的控制。
这些手段需要飞行员和自动控制系统共同作用，确保飞行器在各种环境下都能安全飞行。
4. 航空材料与制造技术航空工程中的材料选择和制造技术也是至关重要的。
航空器需要具备轻量化、高强度、耐腐蚀等特点，通常采用铝合金、碳纤维等材料制造；制造技术方面，包括铆接、焊接、复合材料成型等技术。
良好的材料和制造技术能够保证飞行器的性能和安全。
5. 航空法规与标准航空工程涉及到航空器设计、运行等多个环节，需要遵守一系列航空法规和标准。
这些法规包括飞行规章、交通管理规定、飞行员资质要求等；标准包括飞行器设计标准、维护规范等。
遵守航空法规和标准是保障航空安全的重要保证，是航空工程中不可或缺的一部分。
通过对以上几个知识点的了解，可以更深入地了解航空工程这门学科，帮助读者对飞行器的设计、制造和运行有更全面的认识。
复合材料基础知识
复合材料在中国
起始于1958年 ，首先用于军工制品，而后逐渐 扩展到民用。 1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压和卷 制工艺研制玻璃钢板、管和火箭弹 1961年研制成用于远程火箭的玻璃纤维-酚醛树 脂烧蚀防热弹头 1962年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹 层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直升机螺旋 桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠绕工艺研究并 生产出一批氧气瓶等压力容器。 1970年用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径 44m的雷达罩
物理性质
相对密度在1.11～1.20左右 ，固化时体积收缩 率较大 耐热性。绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度 都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达 120℃ 力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯 曲、压缩等强度 耐化学腐蚀性能。不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、 稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时， 树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关 的不同，可以有很大的差异。 ⑷介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。
环氧树脂的性能和特性
1、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的 要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围 内固化。 3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具 有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘 附强度。 4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环 氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯 树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。 5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 6、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的 优良绝缘材料。 7、 化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂 性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。 适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和 耐久性。 9、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。
航模基础知识要点
航模基础知识要点航模是指模仿真实飞机原理和结构，通过模型制作的飞行器。
它可以飞行、模拟飞行和进行相关实验，并在飞行过程中采集数据。
航模制作是一门综合性比较强的学科，需要涉及飞行原理、空气动力学、材料科学、机械工程等多个学科的知识。
下面是航模基础知识的要点介绍。
一、飞行原理：1.升力的产生：航模的飞行依靠翅膀产生的升力。
升力的产生与机翼的气动特性有关，如充气方式、翼型、机翼横断面、机翼悬挂方式等。
2.推力的产生：推力的产生与发动机和螺旋桨有关。
常见的推力方式有喷气推力和螺旋桨推力。
3.驱动方式：航模的驱动方式有遥控和自动驾驶两种。
遥控驱动需要通过遥控设备来控制航模的运动，而自动驾驶是指通过预设的程序或传感器来控制航模的运动。
二、材料科学：1.结构材料：航模的结构通常采用轻质材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，以实现轻量化和强度要求。
2.制造工艺：航模的制造工艺包括模具制作、材料选择、剪裁、分层和成型等。
模具的制作要求精度高，以保证航模的几何形状和表面光洁度。
3.节能材料：航模中还广泛应用了一些具有节能特性的材料，如空气动力学中的流线型设计、减阻材料等，以增加航模的飞行效率。
三、控制系统：1.操纵系统：航模的操纵系统包括遥控器、舵机、控制杆等。
通过操纵杆控制舵机的运动，进而控制航模的姿态。
2.自动控制系统：航模的自动控制系统通常包括航向控制、高度控制和速度控制等。
通过预设的程序或传感器来实现航模的自动控制。
四、空气动力学：1.升力与阻力：航模在飞行时会受到气流的作用，其中最重要的是升力和阻力。
升力使航模能够飞行，在设计航模时需要根据升力和重力平衡关系来确定机翼的形状和大小。
阻力会影响航模的速度和飞行续航能力，因此需要进行降低阻力的设计。
2.气动性能：航模的气动性能取决于机翼的几何形状、气动特性和航模的重量。
要提高航模的气动性能，需要注意机翼和机身的流线型设计，减小飞行阻力。
五、航模制作与调试：1.比例缩小：航模制作时需要考虑飞机模型与真实飞机的比例关系，以保证航模的结构和空气动力学特性与真实飞机相似。
复合材料结构设计基础
复合材料结构设计基础引言：复合材料在工程领域中得到了广泛的应用，其具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，能够满足特殊工程要求。
而复合材料的性能很大程度上取决于其结构设计。
因此，掌握复合材料结构设计的基础知识对于合理应用复合材料具有重要意义。
一、复合材料的基本结构类型：复合材料的结构分为层层结构和体积结构两种。
1.层层结构：包括片层结构和堆积结构。
片层结构是把纤维和基体按照一定的规则依次排列，形成层层叠加的结构。
堆积结构是将纤维和基体以相互几何间隔分别依次排列，形成嵌套式结构。
2.体积结构：纤维和基体相互交织形成立体网状结构，类似于海绵状的形态。
二、复合材料的结构设计原则：1.纤维体积分数的选择原则：纤维体积分数是指纤维在复合材料中所占的体积比例。
适当选择纤维体积分数可以满足设计要求，通常取决于应力和强度的匹配，高纤维体积分数可以提高材料的强度，但也会降低抗冲击性能。
2.不同纤维方向的选择原则：不同纤维方向的选择对于复合材料的强度和刚度具有决定性影响。
优秀的结构设计应根据受力情况选择不同方向的纤维，以保证复合材料具有理想的强度和刚度。
3.界面设计原则：纤维与基质之间的粘结界面对于复合材料的性能具有重要影响。
因此，在结构设计中应充分考虑界面的粘附强度和防止界面剥离的措施。
4.复合材料的层间变化原则：在复合材料的结构设计中，通常通过在层与层之间逐渐变化材料类型和纤维取向等参数，以实现不同功能的要求。
这种逐层变化的设计可以提高材料的韧性和耐疲劳性。
三、复合材料结构设计方法：1.等效材料法：将复合材料分解为等效的各向同性材料，使用经典力学的方法进行分析和计算。
2.高级弯曲理论法：使用高级理论进行弯曲分析，如层合板理论、剪切变形理论等，适用于层间残余应力较高的复合材料结构。
3.有限元方法：使用有限元分析软件对复合材料进行力学性能分析，可以得到结构的应力和应变分布。
结论：复合材料的结构设计是应用复合材料的关键，合理的结构设计可以充分发挥复合材料的优势，提高材料的性能。
复合材料基础知识
热压罐工艺2/2
设备成本高，配套设施投入较大。
模压工艺1/2
模压工艺2/2
缠绕工艺1/3
缠绕工艺基本用于制造中空、圆形或椭圆形结构件，如管道和槽。纤维束经过树脂浸 润后沿各种方向缠绕在芯轴上，工艺过程由缠绕机和芯轴转速控制。
主要缺点：
1、此工艺仅限于圆形中空结构 2、纤维不易沿部件轴向准确排布 3、大型结构件的芯轴阳模成本较高 4、机构外表面非模具面，因此美观性较差 5、使用低粘度树脂，需要注意力学性能和健康安全性能
工艺特点——缠绕工艺2/3
缠绕工艺3/3
可用于生产化学储罐和管道、气瓶等
拉挤工艺1/3
在设备拉力的作用下，纤维通过浸胶槽被树脂浸润，然后通过预成型装置进入加热模具固化成型。
主要缺点：
1、额外的工艺增加了劳动力和一次性真空袋材料的成本 2、对操作人员的技术要求较高 3、树脂混合及树脂含量的控制很大程度上取决于操作人员的熟练程度 4、尽管真空袋减少了挥发物的释放，操作人员受到的健康威胁仍然高于灌注或预浸料工艺
工艺特点——袋压工艺2/3
真空辅助树脂导入成型
袋压工艺3/3
热压罐工艺1/2
材料选择：
树脂：无要求，环氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛树脂均可 纤维：无要求，但是基重较大的芳纶纤维难以手糊浸润 芯材：无要求
主要优点：
1、工艺历史悠久 2、简单易学 3、如果使用室温固化树脂，模具成本低廉 4、材料和供应商选择空间大 5、高纤维含量，所用的纤维多为长纤维
主要缺点：
1、树脂混合、树脂含量和产品品质与操作人员的熟练程度密切相关，难以获得低树脂含量且低空 隙率的制品 2、树脂存在健康和安全隐患 3、若没有安装良好的通风设备，从聚酯和聚乙烯基酯中挥发的苯乙烯浓度影响到环保要求 4、手糊树脂的黏度需要非常低，因此苯乙烯或其它溶剂的含量就相对较高，这样就损失了复合材 料的机械/热性能
航空工程材料
航空工程材料航空工程材料是指用于飞机、航天器等航空器件的材料，其性能直接关系到航空器的安全和性能。
航空工程材料的选择和应用对于航空器的设计、制造和使用具有重要的意义。
航空工程材料应具备高强度、高刚度、低密度、高温耐受性、耐腐蚀性和疲劳寿命长等特点，以满足航空器在复杂、恶劣环境下的使用要求。
首先，航空工程材料需要具备高强度和高刚度。
航空器在飞行过程中需要承受复杂的载荷，因此其材料必须具备足够的强度和刚度来抵抗外部力的作用，确保飞行安全。
常见的航空工程材料包括钛合金、铝合金、高强度钢等，它们具有优异的力学性能，能够满足航空器的结构要求。
其次，航空工程材料需要具备低密度。
航空器的重量直接关系到其燃料消耗和飞行性能，因此航空工程材料需要具备尽可能低的密度，以减轻飞行器的自重。
轻质复合材料、镁合金等材料因其低密度而被广泛应用于航空器的结构件和零部件中。
另外，航空工程材料需要具备高温耐受性和耐腐蚀性。
航空器在飞行过程中会面临高温、高速气流和腐蚀介质等恶劣环境，因此其材料需要具备良好的高温耐受性和耐腐蚀性，以确保航空器在复杂环境下的安全运行。
高温合金、复合材料、耐腐蚀涂层等材料被广泛应用于航空器的发动机、外壳和结构件中，以保证其在高温和腐蚀环境下的可靠性。
最后，航空工程材料需要具备疲劳寿命长。
航空器在飞行过程中会经历频繁的载荷变化，因此其材料需要具备良好的疲劳寿命，以保证航空器的使用寿命和安全性。
高强度钢、铝合金、复合材料等材料因其良好的疲劳寿命而被广泛应用于航空器的结构件和连接件中。
总之，航空工程材料的选择和应用对于航空器的安全和性能具有重要的意义。
航空工程材料需要具备高强度、高刚度、低密度、高温耐受性、耐腐蚀性和疲劳寿命长等特点，以满足航空器在复杂、恶劣环境下的使用要求。
航空工程材料的不断发展和创新将进一步推动航空器的性能和安全水平的提升。
复合材料对航空的意义
复合材料在航空领域的应用具有重要意义，它们对航空工业的发展产生了深远影响。
以下是复合材料在航空领域的一些关键作用：
1. 减轻重量：复合材料通常比传统金属轻，但同样坚固，这有助于减少飞机的重量，从而降低燃油消耗，提高燃油效率。
2. 提高性能：复合材料具有良好的强度和刚度特性，可以优化飞机的设计，提高其性能，如增加航程、提升载荷能力和机动性。
3. 耐腐蚀性：与金属相比，复合材料对环境因素的抵抗力更强，不易腐蚀，这有助于延长飞机的使用寿命，减少维护成本。
4. 设计灵活性：复合材料可以按照设计要求定制，制造出复杂形状的部件，这为飞机设计提供了更大的自由度。
5. 减少部件数量：由于复合材料的集成特性，可以制造一体化部件，减少零部件的数量，简化装配过程，降低制造成本。
6. 降低生命周期成本：虽然复合材料的初期成本可能高于传统材料，但由于其轻量化、耐腐蚀和低维护需求，飞机的整体生命周期成本得以降低。
7. 环保性：由于复合材料有助于减少燃油消耗和排放，它们在航空领域的应用有助于实现更可持续和环境友好的航空运输。
因此，复合材料的应用不仅提高了飞机的性能和经济性，而且有助于实现航空工业的可持续发展目标。
随着材料科学和制造技术的进步，预计复合材料在未来的航空领域中会发挥更加重要的作用。
民航维修基础知识点总结
民航维修基础知识点总结民航维修是指对民用航空器进行检验、维护、修理、修复和改装的技术工作。
民航维修的目的是保障飞机的安全飞行，延长航空器的使用寿命，保证飞机飞行性能和舒适性。
民航维修涉及到的知识点非常广泛，包括飞机结构、动力系统、机载系统、航空电子设备、维修工艺流程等多个方面。
下面我们来总结一下民航维修的基础知识点。
一、飞机结构1. 飞机构型：民航飞机根据用途、机型和航程的不同可以分为不同的构型。
常见的构型包括客机、货机、直升机、军用机、通用航空飞机等。
2. 飞机结构材料：飞机结构材料通常包括金属材料、复合材料、塑料及其他特种材料。
不同的飞机部件和结构通常采用不同的材料组合。
3. 飞机主要部件：飞机主要部件包括机翼、机身、尾翼、起落架、发动机及机载设备等。
这些部件在飞机的结构中起着不同的作用，是飞机安全飞行的关键组成部分。
4. 飞机气动布局：飞机的气动布局指飞机的前进气流经各个部件、构件后所产生的气动力状况。
了解飞机的气动布局对飞机的运行安全和维修工作至关重要。
5. 飞机结构损伤和故障：飞机在飞行过程中会产生各种损伤和故障，包括疲劳裂纹、腐蚀、碰撞等。
这些损伤和故障需要及时发现和修理，以保证飞机的安全运行。
二、动力系统1. 发动机类型：民航飞机的动力系统通常包括活塞发动机、涡轮螺旋桨发动机和喷气发动机。
不同类型的发动机有不同的工作原理和维护要求。
2. 发动机工作原理：了解发动机的工作原理对飞机维修人员来说非常重要。
只有了解发动机的工作原理，才能准确判断发动机的工作状态和性能。
3. 发动机故障检修：发动机在使用过程中会产生各种故障，包括起动故障、润滑系统故障、燃油系统故障等。
维修人员需要了解不同类型的发动机故障的检修方法。
4. 飞机起飞着陆推力装置：飞机起飞着陆推力装置是发动机的一个重要组成部分，它对飞机的牵引力和推力起着至关重要的作用。
维修人员需要掌握不同型号的起飞着陆推力装置的维修方法和技术要点。
航空复合材料基础知识
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航空航天复合材料新商机
新材料是航空航天技术的重要基础，作为21世纪三大 关键技术之一，新材料是传统产业升级换代和高新技 术产业发展的先导，成为国防工业发展中最具活力和 发展潜力的新领域。伴随着“神九”飞天及国家正在 加快发展大型飞机、支线飞机、军用飞机，同时即将 开放低空领域，为航天航空产业发展提供了广阔的市 场前景，而我国航空航天大部分材料需要从国外进口， 航空航天材料发展的正处在关键时期。在新材料方面， 我国近年来开发使用的2186种新材料中，89%是在航 天技术的牵引下完成的。中国航天新型材料产业基地 数据显示，到“十二五”末，中国实现航天技术应用 产业和服务业收入21509亿元。其中新材料产业在4个 领域可实现产值5000亿元，由此可见新材料产业在航 空航天领域蕴藏着巨大的市场商机。
Lear Fan 2100
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B2隐形轰炸机
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苏－44
苏－47
前掠翼具有许多突出的优点。前掠翼在高攻
角时有更好的稳定性和可控性,可增大飞机的转弯 角速度;阻力小;不会出现翼尖气流分离现象,故可增 大升力,从而显著提高飞机的升阻比;另外还可改善 布局,减小迎面对雷达波的反射面积。 8
复合材料在航空中的应用培训课件
《飞行器设计与工程专业技术讲座（三）》结课报告班级：学号：姓名：日期：2016年10月09日复合材料在航空中的应用前言现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1] 对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。
复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。
进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。
2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。
一．复合材料的简介复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
二．在航空中常用的复合材料60年代，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，其比强度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。
为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。
航模基础知识
航模基础知识（2）-机翼升力原理飞机机翼地翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。
前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。
当气流迎面流过机翼时,由于机翼的插入，被分成上下两股。
通过机翼后，在后缘又重合成一股。
由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。
根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。
航模基础知识（3）-失速原理在机翼迎角较小的范围内，升力随着迎角的加大而增大。
但是，当迎角加大到某个值时，升力就不再增加了。
这时候的迎角叫做临界迎角。
当超过临界迎角后，迎角再加大，阻力增加，升力反而减小。
这现象就叫做失速。
产生失速的原因是：由于迎角的增加，机翼上表面从前缘到最高点压强减小和从最高点到后缘压强增大的情况更加突出。
当超过临界迎角以后，气流在流过机翼的最高点不多远，就从翼表面上分离了，在翼面后半部分产生很大的涡流，造成阻力增加，升力减小。
航模基础知识（4）- 人工扰流方案要推迟失速的发生，就要想办法使气流晚些从机翼上分离。
机翼表面如果是层流边界层，气流比较容易分离；如果是絮流边界层，气流比较难分离。
也就是说，为了推迟失速，在机翼表面要造成絮流边界层。
一般来说，雷诺数增大，机翼表面的层流边界层容易变成絮流边界层。
但是，模型飞机的速度很低，翼弦很小，所以雷诺数不可能增大很大。
要推迟模型飞机失速的发生，就必须要想别的办法。
人们发现通过人工扰流，也可以使层流边界层变成絮流边界层。
具体的做法很多,其中:a是在机翼上表面前缘部分贴上了细砂纸或粘上了碎木屑；b是在机翼上表面近前缘部分帖上了一条细木条或粗的扰流线；c是在机翼翼展前缘部位，每隔一定距离垂直地开一排扰流孔；d是在前缘前面粘一张有弹性的扰流线；e是在前缘粘上呈虚线状的扰流器；f是在前缘粘上锯齿形扰流器。
复合材料基础知识
一名词解释1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基体:在复合材料中,有一相是为连续相的, 复合材料中起到粘接增强体成为整体并转递载荷到增强体的主要组分之一3增强体:在复合材料中,有一相是分散相, 为复合材料中承受载荷的组分4聚合物基复合材料:是以有机聚合物基为基体,连续纤维为增强材料组合而成的.5金属基复合材料:以金属为基体,以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料.6陶瓷基复合材料:基体为陶瓷,以纤维,晶须,颗粒为增强体,(纤维:碳纤维,玻璃纤维,硼纤维)7水泥基复合材料:以水泥为基体与其他材料组合而得到的具有新性能的材料.8碳/碳复合材料:由碳纤维或各种碳织物增强碳,或石墨化的树脂碳以及化学气相沉(CVD)碳所形成的复合材料,也称为碳纤维增强碳复合材料.9玻璃钢:玻璃纤维增强热固性塑料(GFRP)是以玻璃纤维做为增强材料,热固性塑料(环氧树脂,酚醛树脂,不饱和聚酯树脂)做为基体的纤维增强塑料.10脱模剂:为使制品与模具分离而附于模具成型面的物质.11复合材料的蠕变: 固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
12CVD:化学气相沉积13玻璃纤维:以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制,拉丝,纺纱 ,织布等工艺制造成的.14碳纤维:由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳.是一种非金属材料.15硼纤维:一种将硼元素通过高温化学气相沉积在钨丝表面制成的高性能增强纤维,具有很高的比强度和比模量,也是制造金属复合材料最早采用的高性能纤维.16氧化铝纤维:以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称氧化纤维.17晶须:指人工控制条件下以高纯度单晶形式生长成的一种短纤维.18A玻璃:(有碱玻璃纤维),类似于窗玻璃及玻璃瓶钠钙玻璃.由于含碱量高,强度低,对潮气侵蚀极为敏感.E玻璃:(无碱玻璃纤维),以钙铝硼硅酸盐组成的玻璃纤维.这种纤维强度较高,耐热性和电性能优良,能抗大气侵蚀,化学稳定性也好,但不耐碱,最大的特点是电性能好,也称做电气玻璃.S玻璃:镁铝硅酸玻璃纤维,具有高的比强度.M玻璃:高模量玻璃19玻璃纤维增强环氧树脂:指玻璃纤维做为增强材料,环氧树脂做为基体的纤维增强塑料.20玻璃纤维增强酚醛树脂: 指玻璃纤维做为增强材料,以酚醛树脂做为基体的纤维增强塑料.21玻璃纤维增聚酯树脂: 指玻璃纤维做为增强材料,以不饱和聚酯做为基体的纤维增强塑料.22单模,对模:手糊成型模具分单模和对模.单模分阳模和阴模.23等代设计法:指在载荷和使用环境不变的条件下,用相同形状的复合材料层合板来代替其他材料,并用原来的材料的设计方法进行设计,以保证强度或刚度.24水泥:凡细磨成粉末状,加入适量的水后成为塑性浆体,既能在空气中,水中硬化,并能将砂,石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料.二重要知识1 复合材料中的基体有三种主要作用A力学上:粘结纤维,保护纤维,传递应力 B物理上:耐热性,电性能 C化学上:耐溶解性,耐水性,老化性{固结增强相,均衡载荷和传递应力,保持基本性质}2复合材料的界面的作用和效应作用:起载荷传递作用,效应:a传递效应,b不连续效应, c 散射和吸收效应 d诱导效应3复合材料的可设计性以及意义,如何设计防腐蚀(碱性)玻璃纤维增强塑料?复合材料的可设计性:材料的性能,形状,以及物理,化学性能都可以通过复合材料的基体和增强材料的选择以及工艺的选择来实现各种不同的需求.4增强材料的表面处理,沃兰的结构式,沃兰和有机硅烷对玻璃纤维表面处理的机理?增强材料的表面处理:为改善纤维表面的浸润性,提高界面结合力,对纤维进行的预处理.(就是在增强材料表面涂覆上一种称为表面处理的物质,这种表面处理剂包括浸润剂及一系列的偶联剂和助剂等物质,以利于增强材料与基体形成一个良好的粘结面,从而达到提高复合材料各种性能和目的.)5玻璃纤维,碳纤维,硼纤维,芳纶的生产过程以及性能(优点和缺点),表面处理方法?一.玻璃纤维的性能:物理性能:1,拉伸强度高,防水,防霉,防蛀,耐高温和绝缘性能,缺点:具有脆性,不耐腐,对人的皮肤有刺激性. 化学性能:除对氢氟酸,浓碱,浓磷酸外对所有化学品和有机溶剂都有良好的化学稳定性.表面处理方法:前处理法,后处理法,迁移法二.碳纤维 A生产过程:拉丝-----牵伸------稳定-----碳化-----石墨化B性能:物理性能:1,比重在1.5—2.0之间,2热膨系数与其他类纤维不同,具有各向异性,3导热率有方向性,随温度升高而降低,4有导电性, 化学性能:除能被氧化剂外,对一般酸碱是惰性的.C表面处理方法:氧化法,沉积化,电聚合法,电沉积法,等离子体处理.三,硼纤维:性能：具有良好的力学性能,强度高,模量高,密度小,弯曲强度比拉伸强度高,2化学稳定性好,但表面具有活性.四.芳伦:性能:1力学性能是拉伸强度高,弹性模量高,密度小,2热稳定性,耐火而不熔,3化学性能是有良好有耐介质性能,受酸碱的侵蚀,耐水性不好.处理方法:有机化学反应,等离子体处理.6不饱和聚酯树脂的固化过程以及性能(优点和缺点)?不饱和聚酯树脂的固化过程:a 胶凝阶段,b硬化阶段c完全固化阶段性能:A优点:1,工艺性能良好,如室温下粘度低,可以在室温下固化,在常压下成型2,固化后树脂的综合性能良好3,价格低廉B缺点:固化时体积收缩率较大成型时气味和毒性较大,耐热性,强度和模量都较低,容易变形,7,玻璃纤维增强环氧树脂,玻璃纤维增强酚醛树脂,玻璃纤维增强聚酯树脂主要性能?1,比重小,比强度高,2良好的耐腐蚀性,在酸,碱,有机溶剂,海水等介中均很稳定.3,良好的电绝缘材料,4,不受电磁作用的影响 5,保温,隔热,隔音,减振 6最大的缺点是刚性差8铝基复合材料的制造与加工?铝基复合材料的制造:过程分为三个阶段:纤维排列,复合材料组分的组装压合和零件层压.加工:成型,连接,机械加工,热处理.9陶瓷基复合材料的使用范围?10晶须或者纤维增韧陶瓷基复合材料的制造工艺和成型加工方法?制造工艺:配料----成型----烧结----精加工.成型加工方法:1,泥浆烧铸法2,热压烧结法3浸渍法11 RTM成型工艺,模压成型工艺和手糊成型工艺?RTM成型工艺:是一种闭模成型工艺方法,工艺过程为:将液态热固性树脂(不饱和聚酯)及固化剂,由计量设备分别从储桶内抽出,经静态混合器混合均匀,注人事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内,经固化,脱模,后加工而成制品.模压成型工艺:模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维复合材料成型方法 .将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入敞开的金属对模中,闭模后加热使其熔化,并在压力作用下充满腔,形成与模腔相同形状的模制品,再经加热使树脂进下步发生交联反应而固化,或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合材料制品手糊成型工艺:手糊成型工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法,是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物,再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物,用刷牙,压辊或刮刀压挤织物,使其均匀浸胶并排除气泡后,再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物,在一定压力作用下加热固化成型,或树脂体系固化时放出的热量固化成型(冷压成型)最后脱模得到制品.12在连续玻璃纤维及制品的制造过程中,拉丝时要的浸润剂的原因?原因:是由于浸润剂有多方面的作用,1原丝中的纤维不散乱而能相互粘附在一起.2防止纤维间的磨损.3原丝相互间不粘结在一起.4便于纺织加工.13金属基纤维复合材料的界面结合形式以及影响界面稳定性的因素?界面结合形式:1物理结合2,溶解和浸润结合3,反应结合影响界面稳定性的因素:1,物理方面的不稳定因素主要指在高温条件下增强纤维与基体之间的熔融.2化学方面的不稳定因素主要与复合材料在加工和使用过程中发生的界面化学作用有关,有连续界面反应,交换式界面反应和暂稳态界面变化.14 晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机理?靠晶须的拔出桥连与裂纹转向机制对强度和韧性的提高产生突出贡献.晶须的拔出长度存在一个临界值lpo,当晶须某端距主裂纹距离小于临界值,则晶须拔出长度小于临界拔出长度lpo,当晶须两端到主裂纹的距离均大于临界拔出长度时,晶须拔出过程产生断裂,断裂长度小于临界拔出长度,界面结合强度直接影响复合材料的韧化机制与韧化效果,界面强度过高,晶须与基体一起断裂,另一方面,界面强度提有利于载荷转移,提高强化效果,界面强度过低,则晶须拔出功减小.。
航空复合材料
热固性
塑料 sùliào 的类型
热塑性
第三页,共49页，
热塑性塑料 sùliào
受热 shòu rè 变软,冷却成 型 可重复加工 本质区别 飞机上常用的热塑性塑料 有： 醋酸纤维素 早期飞机有机 玻璃 丙烯酸塑料 现代飞机有机 玻璃
第四页,共49页，
热塑性塑料-有机玻璃 明胶玻璃
醋酸纤维素 重量轻、透光性能好 早期飞机上多用它来做透明件 制成件尺寸不稳定,时间久了会发黄 逐渐被丙烯酸塑料 sùliào 代替
第十八页,共49页，
施用 shīyòng 密封剂注意事项
➢密封剂在混合配制好以后,应尽快使用 shǐyòng 或放在低温处保存 ➢密封剂的固化处理时间随着周围环境的温度和湿度而变化 对于大多数的密封剂来说,温度在 77F,相对湿度在50%是最理想的固化环境 ➢为了加速密封剂的固化处理,可以用红外线灯照射或热空气吹的方法进行加热,但温度不可以超 过120F ➢在搭界面上进行涂抹密封剂安装时,必须用永久的或临时的夹具使搭界面在密封剂固化处理过 程中保持紧密接触,并且不允许在固化过程中进行加热 ➢在施用表面保护层之前,必须保证密封剂已经完成固化处理,没有粘性 ➢在飞机结构中不同型号的密封剂有不同的用途,应根据用途选用合适型号的密封剂,否则会影响 密封的质量
第十三页,共49页，
M6.4 航空 hángkōng 材料非金属与复合材料
6.4.2密封 mìfēng 和粘合剂
第十四页,共49页，
密封剂的作用 zuòyòng
密封-保持表面光滑气动 外形 wài xínɡ ,减小阻 力
防腐-防止水进入飞机结 构,从而发生腐蚀
Water
BMS 3-23
Structure
丙烯酸塑料
航空工程材料及应用第七章 飞机结构中复合材料的应用
A350
19
6
14
机翼、机身、垂尾、平尾、中央翼、后增 53
压舱、尾锥、起落架舱门、整流罩等
二、聚合物基复合材料
3.在航空中的应用
（3）在直升机中的应用
三、非聚合物基复合材料
1.金属基复合材料
金属基复合材料与金属材料本身相比具有以下特点： （1）耐高温（部分金属基体可耐1100℃以上的高温）； （2）热膨胀系数较低； （3）耐磨性好，尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强的金属基复合材料； （4）对潮湿敏感度较低，但对腐蚀敏感度较高； （5）导电性能和热导率较高； （6）对辐射的敏感度低； （7）无气体污染物； （8）制造困难，制备工序复杂，需要高温、高压、真空等条件，切削
度适中、流动性好、固化收缩率较小，可做成多种预浸料； ⑤属于脆性材料，但增韧环氧经过改性后，抗损伤能力有所提高； ⑥机械加工性，制孔、切削性良好，易维护、修理； ⑦价格便宜。
二、聚合物基复合材料
2.组成
（2）树脂基体-热固性树脂 2）聚酰亚胺树脂 是目前最高高性能树脂基复合材料中耐热性最高的树脂基体之一，可在 250～300℃长期使用，350℃短期使用。目前已成功应用于飞机发动机的外 涵道、中介机匣、导向叶片、尾喷口区域的热端等部位。 3）双马来酰亚胺树脂 一种特殊的聚酰亚胺体系，最高使用温度在177~230℃具有很高的强度 和刚度，但脆性较大，通过改性，韧性得到了提升，能很好的适应新一代战 斗机对复合材料树脂基体提出的使用温度要求，但不能用于主承力件。 4）聚酯树脂 可在室温及大气压力下固化，可用于与玻璃纤维复合，形成雷达波穿透 性非常好的结构材料，应用于飞机雷达罩。
纤维品种
T300 AS4 HTA T700S IM6 IM7 T800H HM63
第一章 航空材料 1.4复合材料和非金属材料
表 金属和复合材料的性能比较
材料名称
g / cm
7.8
2.8 4.5 2.0 1.45 1.6 1.4 2.1 2.65
密度/3
抗拉强度/
10 MPa
1.03
0.47 0.96 1.06 1.5 1.07 1.4 1.38 1.0
3
弹性模量/
10 GPa
2.1
0.75 1.14 0.4 1.4 2.4 0.8 2.1 2.0
复合材料基 体分类
树脂基 （PMC）
金属基 (MMC)
无机非 金属基
热固基
热塑基
碳基(C-C)
玻璃基 (CMC)
陶瓷基 (CMC)
⑵增强体。增强体的作用是承受机体传递的载荷，对基体起 着增强、韧化，是复合材料受力核心部位。它的形状可以是颗粒状、 片状、纤维状等。目前，结构复合材料应用最广的是增强纤维。 按照复合材料所选用的增强体不同，可分为以下几种：
2
10 MPa cm / g 10 GPa cm3 / g
3 3 2
比强度/
比模量/
钢
铝 钛 玻璃钢 碳纤维Ⅱ/环氧 碳纤维Ⅰ/环氧 有机纤维FRD/环氧 硼纤维/环氧 硼纤维/铝
0.13
0.17 0.21 0.53 1.03 0.67 1.0 0.66 0.38
0.27
0.27 0.25 0.21 0.97 1.5 0.57 1.0 0.75
4.橡胶材料
1）天然橡胶 天然橡胶具有良好的弹性、 绝缘性和密封性。但它受温度影 响很大，高温会使其发生形变或膨胀，逐渐失去弹性变成塑性物质; 低温会使其变硬、变脆，而且强度小，会与煤油、汽油发生溶解， 老化。主要用来制造橡皮原料。
复合材料力学基础知识
复合材料力学基础知识1、名词术语(1)各向同性：材料性能与方向无关的一种特性。
(2)各向异性：材料性能因方向不同而改变的一种特性。
(3)正交各向异性：材料具有三个互相垂直的弹性对称平面的特性，这些平面的法线方向称为材料主方向。
(4)横向各向同性：具有正交各向异性特性的材料，若有一个各向同性平面时，称之为横向各向同性。
单向复合材料即具有此种特性。
(5)耦合：外力引起与其不对应的摹本变形的效应称为耦合。
(6)拉剪耦合、拉弯耦合、弯扭耦合：分别指由正应力引起剪应变的耦合，由正应力引起弯曲应变的耦合；由弯矩引起扭转应变的耦合。
三者均为各向异性材料所特有。
(7)正轴：与材料主方向重合的参考坐标轴。
(8)偏轴：与构料主方向不重合，有一个偏转角的参考坐标轴。
(9)铺层：复合材料制件中一层单向带或织物称为一个铺层，是复合材料制件中一个最基本单元。
(10)层合板：由单向或多向铺层压制而成的复合材料板。
(11)铺向角(铺层角)：每一铺层的纤维方向与制件参考坐标X轴之间的夹角，由X轴到纤维方向逆时针旋转角度为铺层角。
(12)铺层组：一组具有相同铺层角的连续铺层。
(13)铺层顺序：铺贴中具有各种不同铺向角的铺层的排列次序。
(14)子层合板：在层合板内一个多次重复的多向铺层组合。
(15)对称层合板：全部铺层及其各种特性和参数相对于板的几何中面对称的层合板。
(16)均衡层合板：铺层的各种特性和参数相同，铺向角为-θ和θ的铺层数相等的层合板，且可包含任意数量的0°层和90°层。
如[45°／-45°]，[0／45°／90／-45°]。
(17)均衡对称层合板：即均衡又对称的层合板。
如[45°／-45°]。
(18)正交层合板：只有0°和90°铺层的双向层合板，如[0°／90°]。
(19)斜交层合板：只含有-θ和θ铺层的双向层合板，如[45°／-45°]。
复合材料力学课程
复合材料力学课程
复合材料力学课程是一门介绍复合材料力学原理和应用的课程。
在这门课程中，学生将学习复合材料的结构、性质和行为，以及它们在材料工程和应用中的重要性。
课程内容通常涵盖以下方面：
1. 复合材料基础知识：介绍复合材料的定义、分类和特点，包括纤维增强复合材料、层合复合材料和粒子增强复合材料等；
2. 复合材料力学模型：介绍复合材料的强度、刚度和失效机制等基本力学模型，包括经典层合板理论、微观力学模型和细观力学模型等；
3. 复合材料的力学性能：讲解复合材料的力学性能测试方法和评估标准，包括拉伸、压缩、剪切等力学性能的测定和分析；
4. 复合材料的疲劳和断裂：讨论复合材料的疲劳行为和断裂机制，包括疲劳寿命评估和断裂力学分析等；
5. 复合材料的设计和优化：介绍复合材料的设计原理和优化方法，包括最优化设计、材料选择和性能匹配等方面的内容；
6. 复合材料的应用案例：分析和讨论不同领域中复合材料的应用案例，如航空航天、汽车工程、体育器材等。
通过这门课程，学生可以掌握复合材料的基础理论和应用技术，
理解复合材料在工程和科学研究中的重要性，并能够应用所学知识解决复合材料相关的问题和挑战。
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• 耐疲劳性能好
一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～ 50%，而某些复合材料可高达70～80%。复 合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩 展到纤维和基体的界面上，没有突发性的 变化。因此，复合材料在破坏前有预兆， 可以检查和补救。纤维复合材料还具有较 好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的 直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长 数倍。
碳纤维
碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为 原丝，通过加热除去碳以外的其它一切元素制得的一种 高强度、高模量的纤维，它具有很高的化学稳定性和耐 高温性能，是高性能增强复合材料中的优良结构材料。 以粘胶为原丝时，粘胶纤维可直接炭化和石墨化。 纤维先进行干燥，然后在氮或氩等惰性气体保护下缓慢 加热到400 ℃。达400 ℃后，快速升温至900~1000 ℃ ， 使之完全炭化，可得含碳量达90%的碳纤维。 若以聚丙烯睛 纤维为原丝，则需先对原丝进行 180~220 ℃ 、约10小时的预氧化处理，然后再经过炭化 和石墨化处理，由此制得具有优良性能的碳纤维。 44
各向异性是复合材料的一个突出特点， 与之相关的是性能的可设计性。复合材料 的力学、物理性能除了由纤维、树脂的种 类及体积含量而定外，还与纤维的排列方 向、铺层顺序和层数密切相关。因此，可 以根据工程结构的载荷分布及使用条件的 不同，选取相应的材料及铺层设计来满足 既定的要求。复合材料的这一特点可以实 现构件的优化设计，做到安全可靠、经济 合理。
17
越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂，
构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、
目前国内复合材料在飞机上应用最多的是
新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合
材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全
复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计
工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮
和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应
Lear Fan 2100
6
B2隐形轰炸机
7
苏－44
苏－47
前掠翼具有许多突出的优点。前掠翼在高攻
角时有更好的稳定性和可控性,可增大飞机的转弯 角速度;阻力小;不会出现翼尖气流分离现象,故可增 大升力,从而显著提高飞机的升阻比;另外还可改善 布局,减小迎面对雷达波的反射面积。 8
9
10
F-18战斗机
38
• 耐热性能好
在高温下，用碳或硼纤维增强的金 属其强度和刚度都比原金属的强度和刚 度高很多。普通铝合金在400℃时，弹 性模量大幅度下降，强度也下降；而在 同一温度下，用碳纤维或硼纤维增强的 铝合金的强度和弹性模量基本不变。复 合材料的热导率一般都小，因而它的瞬 时耐超高温性能比较好。
39
•各向异性及性能可设计性
4
减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本， 取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先 进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方 国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受 力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技 术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战 斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的 50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步 扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中 出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100， Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机 身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材 5 料，才使前掠翼得以在X-29上实现。
锦纶或涤纶纤维的4倍，为钢丝的5倍、铝丝的10倍。
冲击强度可比金属高6倍。模量为锦纶的20倍，比玻 璃纤维和碳纤维的模量都高。使用寿命比玻璃纤维 长3～10倍。长期使用温度为240℃，在400 ℃以上 才开始烧焦。缺点是横向强度低，压缩和剪切性能
活性碳纤维的生产工艺流程
预氧化
PAN纤维
不熔化
预氧丝
活性炭纤维 活性碳纤维毡 活性碳纤维布 活性碳纤维纸
沥青纤维
预氧丝
碳化活化
ACF
粘胶纤维 预氧化
催化浸清
预氧丝
45
碳纤维的分类
按性能分类：
高性能型碳纤维－抗拉强度在2000MPa以上，主要用于航天、 航空和军工等领域；
通用型碳纤维－抗拉强度在600～1200MPa左右，主要用于
2
航空航天复合材料新商机
新材料是航空航天技术的重要基础，作为21世纪三大 关键技术之一，新材料是传统产业升级换代和高新技 术产业发展的先导，成为国防工业发展中最具活力和 发展潜力的新领域。伴随着“神九”飞天及国家正在 加快发展大型飞机、支线飞机、军用飞机，同时即将 开放低空领域，为航天航空产业发展提供了广阔的市 场前景，而我国航空航天大部分材料需要从国外进口， 航空航天材料发展的正处在关键时期。在新材料方面， 我国近年来开发使用的2186种新材料中，89%是在航 天技术的牵引下完成的。中国航天新型材料产业基地 数据显示，到“十二五”末，中国实现航天技术应用 产业和服务业收入21509亿元。其中新材料产业在4个 领域可实现产值5000亿元，由此可见新材料产业在航 空航天领域蕴藏着巨大的市场商机。
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•工艺性好
纤维增强复合材料一般适合于整体成 型，减少了零部件的数目及接头紧固件， 减少设计计算工作量并有利于提高计算的 准确性。另外，制作纤维增强复合材料部 件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先 用模具成型，而后加温固化，在制作过程 中基体由流体变为固体，不易在材料中造 成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。
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• 减振性能良好
纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼 较大，因此具有较好的减振性能。用同形 状和同大小的两种粱分别作振动试验，碳 纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属 粱要短得多。
37
• 过载安全性好
在纤维增强复合材料的基体中有成千 上万根独立的纤维。当用这种材料制成的 构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会 迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上， 因此整个构件不至于在短时间内丧失承载 能力。
弹性模量
33
2 1.5 1 0.5 0
比强度
比模量
钢 1 2 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/环氧复合材料 有机纤维/环氧复合材料 硼纤维/环氧复合材料 硼纤维/铝复合材料
34
• 比强度和比模量高
材料的强度除以密度称为比强度；材料 的刚度除以密度称为比刚度 。这两个参量 是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和 比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度 大。这是结构设计，特别是航空、航天结构 设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和 卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复 合材料的比例。
3
复合材料在航天器上的应用
先进复合材料技术的实际应用在飞行器设 计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材 料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优 良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等， 都是飞行器结构盼望的理想性能。高性能飞行 器要求结构重量轻，从而可以减少燃料消耗， 延长留空时间，飞得更高更快或具有更好的机 动性；也可以安装更多的设备，提高飞行器的 综合性能。
31
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
钢 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合 材料 高模碳纤维/环 氧复合材料 高模石墨纤维/ 环氧复合材料 有机纤维/环氧 复合材料 硼纤维/环氧复 合材料 硼纤维/铝复合 材料
32
拉伸强度 1
3 2 1 0 钢 1 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/环氧复合材料 有机纤维/环氧复合材料 硼纤维/环氧复合材料 硼纤维/铝复合材料
用技术上有所突破。在自行设计制造的某新型
武装直升机上，大量采用了复合材料，其机身 结构、主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结 构。
18
长航时无人机
某新型武装直升机
19
模具上 的“铺层”工作：工人首先将一种薄得像布一样
的特殊材料铺在模具上，然后在上面刷上一层特种胶水， 随后再铺上一层“布”。在铺了若干层“布”后，经过 固化、成型，制成特殊复合材料。最后将根据尺寸要求， 加工出具有流线形的壳体——例如整流罩类。哈航集团 为波音公司生产的整流罩将用于“波音787”机体和机翼 的结合部，可将裸露在机体外面的某一部件或装置封闭 合起来，起到保护与减少空气阻力的双重作用。
41
1.7 增强材料纤维
增强材料:能和聚合物复合，形成复合材料后其比强 度和比模量超过现有金属的物质。反之，称为填料。
纤 维 增 强 材 料
粒子增 强材料 （片状、 颗粒状）
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碳 主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量一般 在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐 纤 高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳 维 素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、
机械制造、建筑和体育用品，如刹车片、轴承、密封材料等。 其它：活性碳纤维、气相生长碳纤维、纳米碳纤维等
按原料分类：
粘胶基碳纤维（ <1% ） 聚丙烯腈碳纤维PAN （>90 ％） 沥青基碳纤维（<10%）
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碳纤维的制造方法:
碳纤维制品有布、带、粗纱、短纤维和毡等
气相法
有机纤维碳化法（可制造连续长纤维）
可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。 碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 制造：由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造 化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等 工艺制成。 应用：与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材 料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模 量综合指标，在现有结构材料中最高。在强度、刚度 、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温 、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都具优势。 43
长丝----filament，基本的纤维结构单元。本身是连续的， 或至少远远长于其平均直径（通常其直径为5～10 微米） 纱------yarn，小束的连续长丝，一般不大于10000支，纤维 轻轻的铰合在一起以便像长丝那样使用 纤维织物----交织纱、纤维或长丝所编织的平面纺织品结构