碳纤维应用

舱门、口盖、整流罩、方向舵、 襟副翼、雷达罩、起落架舱门
第二阶段 承力大
（80年代初开始） 规模较大
尾翼(垂尾、平尾)、前机身段、机翼 F－14 硼/环氧复合材料平尾
F/A-18 机翼 用量13％ AV-8B 机翼和前机身 用量26%
第三阶段 受力复杂
（90年代末开始） 规模大
中机身段、中央翼盒 A380中央翼盒 用量25%
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纤维增强复合材料在航天航空领域应用
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提纲
? 引言 ? 碳纤维复合材料在航天应用 ? 碳纤维复合材料在航空应用 ? 国产碳纤维复合材料应用基础研究进展 ? 结语
UCAV 787
Usage 40% posite 30% m Co 20%
AV 8B F18CD
Euro Fighter B2
Rafale A-320
A-330 A-340
Premier Horizon
F35 F/A 22
F18 E/F
A-380
10%
F15
Mirage
C17
0%
1970
1980
1990
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导弹
? 导弹发射筒采用先进复合材料保守估计可降低 重量30%，对于提高地面生存能力至关重要， 同时，复合材料的耐环境腐蚀、耐疲劳性能优 异等特点，可以显著提高发射筒的重复使用寿 命，降低发射成本
B787 机身 用量50%
第四阶段 受力很大
（21世纪初开始） 代替钢结构
起落架用复合材料 F-16 起落架后撑杆
NH-90 直升机起落架
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? 用量发展情况
60%
50%
复合材料Байду номын сангаас翼、机身
成本效益
降低全寿命成本
制造成本
设计方法 验证
多尺度计算方法 积木式方法
虚拟设计与制造 净成型结构验证
R. Byron Pipes ，ICCM-16
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碳纤维复合材料在航天应用
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引言
? 应用效益
? 大幅度减重 ? 可设计性
20％－30％
增加有效载荷 提升飞行器功能 增大航程、 降低油耗
前掠翼、颤振、承力/隐身一体化
? 结构整体优化
翼身融合、整体成型减少零件数
? 降低全寿命成本
B787机体维护成本与B767相比大幅下降
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2000
2010
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? 军机应用
EF2000 40%
F35 35%
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? 以高性能碳(石墨)纤维复合材料为典型代表 的先进复合材料作为结构、功能或结构/功 能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和 卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。 其应用水平和规模已关系到武器装备的跨 越式提升和型号研制的成败。碳纤维复合 材料的发展推动了航天整体技术的发展。 碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹 体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主 体结构承力件上
高比强
先
飞
轻量化
进
机
高可靠
可设计
树
发
脂
展
长寿命
抗疲劳
基
目 标
高效能
复
耐腐蚀
合
材
结构/功能
多功能
料
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国外航空复合材料发展历程
第一阶段 受载不大
（70年代初完成） 简单零部件
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引言 The Evolution of Composites
复合材料研究领域 1970-2000
2000-2010
纤维
高强/低成本
高性能有机纤维
树脂
增韧/高温
RTM树脂
复合材料力学
材料/结构相互作用
渐进损伤
耐久性
寿命预报
预埋器件
环境考虑
湿热
烟毒
工艺与制造
非热压罐预浸料
RTM净成型
应用
高效减重
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动力系统
? 美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合 材料，美国三叉戟-2 导弹、战斧式巡航导弹、大力神一4 火箭、法国的阿里安一2 火箭改型、日本的M-5火箭等发 动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的 抗拉强度为5.3GPa 的IM-7 碳纤维，性能最高的是东丽T800 纤维，抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa
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卫星和空间站
? 高模量碳纤维质轻，刚性，尺寸稳定性和导热性好， 很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天 线中。现今的人造卫星上的展开式太阳能电池板多 采用碳纤维复合材料制作，而太空站和天地往返运 输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材 料作为主要材 料
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碳纤维复合材料在航空应用
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引言 高比强高比模的碳纤维复合材料成为航空航天器用的 最重要结构材料之一
钢 钛合金 复合材料 铝合金
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