全碳纤维复合材料结构2航空航天材料简史

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1.2 航空航天材料简史：航空
三代战机：F-14：平尾等受力小的部分，复合材料用量1% F-18：机翼等部位，复合材料用量12%
F14战斗机
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F18战斗机
1.2 航空航天材料简史：航空
四代战机：机翼、机身、垂尾、平尾、进气道、起落 架等大面积使用复合材料， F-22：24%，钛合金41% F-35：35%
1.3 材料的性能
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材料的重要作用
回顾历史，任何一个时代的变革，都是以新材料的产生为基础 的，新材料总是：
革命性的
改变人们的生活和文化的进程 产生一种全新的工业
举例： • 旧石器时代 • 新石器时代 • 青铜时代 • 铁器时代 • • • 距今约250万年 距今1万年 公元前3000年 公元前1000年
1.2 航空航天材料简史：航空
军用飞机结构材料用量对比（整机重量百分比）
飞机型号 设计年代 F14 F18 F22 1969 1978 1989 钛合金 （%） 24 13 41 复合材料 （%） 1 12 24 铝合金 （%） 39 49 11 钢（%） 17 17 5
B2
1988
26
50
19
6
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1.2 航空航天材料简史：航空
铝合金时代：铝合金、镁合金 1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可 能。 40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。 高温合金时代：钛基高温合金、镍基高温合金 在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不 断提高。 50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机 的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。
L/O/G/O
航空工程材料
一、绪论
教师介绍
•刘传生：liuchuansheng@caac.net， QQ：1727732739
课程安排
•13周，36学时
• 平时表现：占40%，课堂表现、出勤率、课 堂小考、作业等
•期末考试，闭卷
考核方法
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内容提纲
1.1 材料的概念与分类 1.2 航空航天材料简史
基复合材料 • 复合材料代替铝，可实现20-40%的减重。 • 复合材料的用量及其性能水平已成为飞行器先进性的重要标志之一。 - 1959年，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维在日本问世
- 60年代中期生产出碳纤维复合材料
- 70年代初碳纤维增强复合材料被首先应用于军机
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大气层外航行 如：人造卫星、宇 宙飞船、空间站等
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1.1 材料的概念与分类
工程材料 •用于机械或建筑工程 •经人工提炼或制造，非 自然直接提供 •固体材料
按组织成分分类
金属材料 非金属材料 复合材料
铁合金材料 非铁合金材料
•钢 •铁 •铝及其合金 •铜及其合金 •钛及其合金 •镁及其合金 •镍及其合金
有机聚合物
•纤维 •橡胶 •塑料
无机材料
•水泥 •玻璃 •陶瓷
树脂基
•颗粒增强 •纤维增强 •晶须增强 •编织结构增强
金属 基复 合材 料
பைடு நூலகம்
陶瓷 基复 合材 料
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1.1 材料的概念与分类
工程材料
按使用功能分类
结构材料 •用于制造实现运动和传 递动力的零件 •性能指标：力学性能（ 强度、硬度、刚度、塑 性、韧性、疲劳强度、 耐磨强度等） •包括金属、高分子、复 合材料等
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1.2 航空航天材料简史：航空
其他军机：B-2隐形轰炸机：50% Tiger虎式武装直升机：45%
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1.2 航空航天材料简史：航空
我国的歼-10：三代半战机，机翼为全金属，复合材料用 量很少
歼 -10 战斗机是我国第一架完全独立拥有自主知识产权的战斗机， 2005 年正式装备部队并在很短的时间内成建制、系统地形成了战斗 www.themegallery.com 力。
水泥、钢、塑料；合成纤维（如尼龙）取代自然纤维（如棉、麻，蚕丝） 信息时代：20世纪50年代，基于硅的集成电路取代分立式晶体管 新材料时代：纳米材料、复合材料……
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1.1 材料的概念与分类
航空飞行器
大气层内航行 如：飞机、飞艇、 热气球等
航空航天材料： 泛指用于制造航空、航天飞行器的材料。
SR-71“黑鸟”（Black Bird），美国空军高空高速 侦察机。机身采用低重量、 高强度的钛合金作为结构材 料
•最大飞行高度：30000米 •最大速度：3.5马赫
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1.2 航空航天材料简史：航空
先进复合材料时代（现阶段）：聚合物基、陶瓷基、金属基、金属间化物
1.2 航空航天材料简史：航空
大型客机：
铝合金 （%） B-747 B-757 B-767 B-777 81 78 80 70 钢 钛合金 复合材料 （%） （%） （%） 13 12 14 11 4 6 2 7 1 3 3 10
功能材料
• 利用物理特性及其对外部 环境的响应实现信息处理 和能量转换
•性能指标：声、光、电、 磁、热等物理性能 •隐身、减振、隔热、信息、 电子材料
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1.2 航空航天材料简史：航空
孔明灯和热气球：纸、漆布（亚麻）
1903年12月17日，莱特兄弟制造出世界上第一架动力飞机 “飞行者1号”。这是一架 用轻质木料为骨架、帆布为蒙皮的双翼机。其中木材占47％,钢占35％，布占18％,飞机 的飞行速度只有16公里/时。
要求： •轻质高强：“克克计较”，对航天飞机来说， 每减重1kg的经济效益逾万美元。 •高温耐蚀：发动机材料、再入过程、宇宙射 线、低地球轨道上原子氧等 重要作用： •先导和基础作用。“一代材料，一代飞行器” •航空航天材料反映出材料发展的前沿，特别 是代表了一个国家结构材料技术的最高水平。
航天飞行器