航天航空材料(1)

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。
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
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)
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
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。
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。
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。
火箭及导弹材料
航天结构材料 航天飞行器材料
航
天
微电子元器件材信息传输、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
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。
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
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。
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
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。
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