航空领域中碳纤维复合材料应用实例分析

  作为当今时代的主导材料,碳纤维复合材料有着以下一些特点:首先是可设计性与各向异性,根据构件的使用要求与环境条件,可以在设计环节进行合理的组分材料选择、材料匹配,并且通过界面控制尽可能地满足预期要求,达到工程结构所需性能的标准要求。

  再者,碳纤维复合材料能产生很多功能,比如吸波和透波、防热和导电、透析和阻燃等等一系列功能,需要注意的是,在复合材料的成形过程中,其组份材料会发生物理变化与化学变化,使得复合材料构件性能在很大程度上依赖其复合工艺,难以准确地对工艺参数进行适当的控制,以至于性能具有较大的分散性。

  1.在航空航天领域的应用

  碳纤维复合材料在无人机领域的应用

  现代战争理念的改变,使无人机倍受青睐。无人机除在情报、监视、侦察等信息化作战中的特殊作用外,还能在突防核战、化学和生物武器战争中发挥有人军机无法替代的作用。无人机的发展方向是飞行更高更远、更长,隐身性能更好,制造更加简便快捷,成本更低等,其中关键技术之一就是大量采用碳纤维复合材料,超轻超大复合材料结构技术是提高其续航能力、生存能力、可靠性和有效载荷能力的关键。

  2.在民航客机的应用

  碳纤维复合材料在民机结构上的应用近年来取得较大进展。复合材料的优点不仅仅是质轻,而且给设计带来创新,通过合理设计,还可提供诸如抗疲、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸/透波等其他传统材料无法实现的优异功能特性,增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比,复合材料可明显减少使用维护要求,降低寿命周期成本,特别是当飞机进入老龄化阶段后差别更明显。同时,大部分复合材料飞机构件可以整体成型,大幅度减少零件数目和紧固件数目,从而减小结构质量,降低连接和装配成本,并有效降低总成本。

  3.在航空器领域的应用

  功能材料在航天领域的应用更为广泛,其中最重要的是返回式航天器的表面热防护功能材料。航天飞行器(导弹、火箭、飞船、航天飞机等)以高超声速往返大气层时,在气动加热下,其表面温度高达4000℃~8000℃;固体和液体火箭发动机工作时,燃烧室产生的高速气流冲刷喷管,烧蚀最苛刻的喉衬部位温度瞬间可超过3000℃。

  随着航空航天技术的飞速发展,对材料的要求也越来越高,一个国家新材料的研制与应用水平在很大程度上体现了其国防和科研技术水平,因此许多国家都把新型材料的研制与应用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的碳纤维性标志之一是结构的碳纤维性,而碳纤维复合材料是实现结构碳纤维性能的重要基础和先导技术。