碳纤维复合材料在航空航天的应用分析

  随着我国经济的发展社会的进步,我国的航空航天领域已经取得了一系列的进展,但是,就目前来说,还存在着很多的缺陷和不足。另外,随着航空航天领域的深入研究,使得碳纤维复合材料逐渐得到了广泛的认可和好评。碳纤维复合材料可以实现经济效益最大化,同时具备功能多样性可设计性等等优势,逐渐在各个领域得到广泛的使用。

  在航空航天领域,利用碳纤维的耐高温、比强度高和比模量高等力学特性作为航空、航天、飞机、飞船等的结构材料使用。如飞机的一次构造材料:主翼、尾翼和机体等;二次构造材料;副翼、方向盘、升降舵、内装材料、地.板材、刹车片及直升机的叶片等;火箭的排气锥体、发动机盖、壳体、燃烧室、喷管、喉衬、扩散段)、助推器壳体等;导弹武器的整流罩、弹体、端头、喷管、扩散段等;人造卫星的承力结构、热防护系统、太阳能电池基板、复杂曲面天线、连接架等宇宙飞船的翼面板和支撑构件等。

  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为主要材料。目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%在军用飞机上占30%-40%在大型客机上占15%一50%世界碳纤维在航空航天领域的使用虽,2006年为 37754,占总用量的15.6%预计201 0年将增加到5389t,占16.9%,我国碳纤维在航空航天领域的应用量远远低于世外水平,2005年为1201, 占总用量的27%预计2010年将增加到250L,占41%。

  碳纤维复合材料(CFRP)具有质量轻等一系列优异特性,在飞机制造业广泛应用。首先战斗机中的使用量增加迅速,如美国超级“大黄蜂”(F/A-18E/R)的CFRP用量占约19%法国“阵风”的用量占约24%英国“台风”(EP200)的用量占约40%直升机也大量使用CFRP,如日本“0H-1忍者”的机身用量为40%桨叶等也用CFRP制造。我国先进的直升机也大虽使用CFRP。特别是近年来在大型客机A380和B787上的使用量增加更快,日前己占结构总量的50%左右,成为制造大型飞机的主体材料,已引起人们极大关注。

  如波音公司1982年波音767型飞机主要在匪直尾翼发动机上使用一些碳纤维,1架飞机使用CFRP为1.5t,其中碳纤维的实际用量约1t。 1995年推出的波音777型飞机,除了垂直尾翼以外,水平尾翼、机身和里面的地板支撑材料等也开始使用碳纤维,1架飞机的复合材料用量为9.6t,实际碳纤维用量6 5t。波音公司称,大量使用复合材料将减少更多维修时间和费用,而且每架飞机可节省燃料约20%空中客车公司估计目前1架A340/500和A340/600飞机使用的复合材料将近6t,新的A380客机使用复合材料为25~30吨/架,其中85%是碳纤维复合材料。

  航空航天领域对碳纤维复合材料的需求量是十分巨大的,其对我国的航空航天领域目前航空航天中所面临的各种问题,使我国的航天航空技术更上一层楼。因此,我国需要加大对碳纤维复合材料的研究力度与研究进程,尽量缩短我国在碳纤维复合材料方面与世界碳纤维水平之间的差距。