航天航空材料

一、航空航天的定义
航天：是指飞行器在大气层外宇宙空间的航行 活动。如人造地球卫星、载人飞船、空间探测 器、航天飞机等。它们在运载火箭的推动下获 得必要的速度进入太空，然后在引力作用下完 成轨道运动。
人造卫星
东方红1号卫星
人造卫星 人造卫星，指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器。简称人 造卫星。人造卫星是发射数量最多，用途最广发展最快的航天器。自20世纪50 年代以来人类已先后发射了约5000多个人造航天器，其中绝大部分是人造地球 卫星。1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后美国、法国 、日本也相继发射了人造卫星。中国也于1970年发射了东方红1号卫星，其卫 星质量超过了之前几国发射的第一颗卫星
材料在航天航空方面的应用
讲述内容：
一、航空航天的定义 二、航空航天材料的分类 三、航空航天材料的要求 四、航空航天材料的演变 五、航空材料的发展方向
一、航空航天的定义
航空: 指载人或者是不载人的飞行器在地球 大气层的航行。如飞机、气球、飞艇、直升 机、滑翔机等的飞行。
飞机
莱特兄弟的飞机(1903年)
火箭及导弹材料
航天Biblioteka Baidu构材料 航天飞行器材料
航
天
微电子元器件材料
材 料
光电子元器件材料 航天功能材料 信息传输、存储、显示元器件材料
传感器敏感元件材料
隐身和智能结构材料
三、航空航天材料的要求
➢ 1）高的比强度和比刚度 ➢ 2）优良的耐高低温性能 ➢ 3）耐老化和耐腐蚀 ➢ 4）适应空间环境
四、航空航天材料的演变
飞机
气球
飞艇
飞艇是一种轻航空器(轻于空气的航空器)，其飞行升力来自于 作用在机身上的空气浮力，具有操纵和推进系统，通常其推进 系统是由航空发动机驱动的螺旋桨系统构成。飞艇一般有一个 巨大的气囊，里面充满了轻于空气的气体，如氢气、氦气。
直升机
最早的直升机FW-61
美国AH-64直升机
俄制米171SH通用直升 机
四、航空航天材料的演变
第五阶段：21世纪初~，复合材料、铝、钛、钢，其中复合材料在飞 机材料中占主导地位，其结构重量百分比甚至超过了50%。标志复合 材料时代的到来。
滑翔机
滑翔机是一种没有动力装置，重于空气的固定翼航空器。它可以由飞机拖曳起飞 ，也可用绞盘车或汽车牵引起飞，更初级的还可从高处的斜坡上下滑到空中。在 无风情况下，滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力，这种损失 高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中，滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或 升高，通常称为翱翔。滑翔和翱翔是滑翔机的基本飞行方式。
载人飞船
美国的阿波罗载人飞船
中国1992年的神舟一号
载人飞船，是指能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地 面的航天器。又称宇宙飞船。1961年苏联发射了第一艘东方号飞船，后来又发 射了上升号和联盟号飞船。美国也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号 等载人飞船。阿波罗号是登月载人飞船。1961年5月25日，美国首次载人飞船飞 行成功。
直升机，主要由机体和升力（含旋翼和尾桨）、动力、传动三大系统以 及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过 由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生 的反作用力来驱动。目前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双 旋翼直升机，其中又以单旋翼直升机数量最多。1936年6月26日，世界 第一架可正常操纵的直升机在德国首次试飞成功。
第三阶段：1950-1969，主要以铝、钛、钢作为主要结构
SR-71黑鸟侦察机 (美国，1966年，3倍声速)
四、航空航天材料的演变
第四阶段：1970-21世纪，主要以铝、钛、钢、复合材料作主要结构。
以1970年美国生产的F-14战斗机为例，机体结构中有25%的钛合金、15% 的钢、36%的铝合金、还有4%的非金属材料和20%的复合材料。
二、航空航天用材料的分类
航空材料有不同的分类方式：
一、按成份可分为四大类：
• 金属材料：铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末 冶金合金等。
• 无机非金属材料：玻璃、陶瓷等。 • 高分子材料：透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工
程塑料等。 • 先进复合材料：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机
航空航天用材料
从航空航天发展的进度看，控制系统、通讯系统等 先进手段是促进航空航天发展的重要因素，但具有高 性能材料的应用也是飞机、飞船等飞行器发展必不可 少的因素。可以说，航空材料涵盖了当前材料科技领 域中最先进的科技成果，从飞行器的心脏-发动机，到 飞行器的整体结构，每一个细小的环节都与现代材料 的高科技紧密相关。
以飞机结构材料的演变为例(5个阶段)
第一阶段：1903-1919年，主要以木、布作为主要结构
图1.1 飞行者一号（复制品）
四、航空航天材料的演变
第二阶段：1920-1949，主要以铝、钢作为主要结构
(a) Me 109型战斗机 (德国，1935年)
(b) 喷火式战斗机 (英国，1936年)
四、航空航天材料的演变
非金属基复合材料、碳/碳复合材料等。
航空航天用材料的分类
二、按使用功能可分为两大类：
即结构材料和功能材料，具体在航空和航天上的应用如下
飞机机体材料
航空结构材料
航
发动机材料
空
材
主要为机载设备材料，其关键
料
材料主要是各种微电子、光电
航空功能材料 子、传感器等光、声、电、磁、 热的高功能及多功能材料。
航空航天飞行器应用材料的分类
载人飞船
神舟五号(2003年) 杨利伟
载人飞船
神舟六号(2005年) 聂海胜、费俊龙
载人飞船
神舟七号(2007年) 翟志刚 、刘伯明、景海鹏
载人飞船
神舟八号(2011年) 无人飞船
载人飞船
神舟九号 景海鹏 、刘洋、刘旺
航天飞机
航天飞机，又称为太空梭或太空穿梭机）是可重复使用的、往返于太空和地面 之间的航天器，结合了飞机与航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星 等航天器送入太空，也能像载人飞船那样在轨道上运行，还能像飞机那样在大 气层中滑翔着陆。航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，它大大降 低航天活动的费用，是航天史上的一个重要里程碑。1989年10月18日，美国“ 亚特兰蒂斯”号航天飞机向太空施放了“伽利略”号木星探测器。