先進復合材料在航空航天領域的應用探索

于霖++劉金峰++落?壽

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.099

摘 要：改革開放以來，隨著科學技術的不斷發展，我國的材料技術得到了飛速的發展，特別是先進的復合材料，其發展尤為的突出。先進的復合材料現階段已成為航空航天結構的基本材料之一，復合化是新材料的一個十分重要的發展方向。我國航空航天事業在近幾年取得了十分迅猛的發展，而且取得了很大的成績，這些都與先進復合材料具有密不可分的關系。

關鍵詞：先進復合材料 航空航天領域 應用 探索

中圖分類號：V257 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0099-02

先進復合材料（Advanced Composite Materials， ACM）在航空航天領域應用的時間較短，僅僅有20多年的歷史，但是其仍然顯示出了比傳統的鋼、鋁合金結構材料更加優越的綜合性能，其不僅具有較為良好的耐疲勞性能、耐高溫性能，而且比強度比模量較高等特點，而且可設計性強等獨特優點。因此，可以從國內外發展形勢、制備工藝、材料等角度，全面而又系統地對先進復合材料在我國航空航天領域的研發及應用進行研究，以促進我國航空航天用先進復合材料技術的發展。

1 我國先進復合材料的發展現狀

一些材料的強度性能以及剛度性能相當于或者超過鋁合金的復合材料，而且專門用于加工次承力結構以及主承力結構就是先進復合材料。通常情況下復合材料都是由有機高分子、無機非金屬、金屬等若干種材料，采用某些復合工藝形成的各種新興材料。先進復合材料不僅可以保留其原有組成材料的特點，對各種組成的材料優良性能進行各種性能的綜合，而且還可以賦予新興復合材料無法比擬的優越性，令各種材料的優良性能可以更好地關聯與補充。

從20世紀70年代以來，我國就已經對復合材料展開了相關的研究工作，先進復合材料經歷了40多年的不斷發展與進步，取得了可喜的進步，技術水平也得到了不斷的提高。目前，先進復合材料在我國航空航天領域中的應用，已經進入到了實踐應用的階段，被廣泛地推廣與應用到了火箭、導彈、宇航器、衛星、無人機、新型驗證機、航空發動機、民機、軍機等領域。

但是，目前我國先進復合材料的有關生產工藝、設計理念、應用規模、加工設備、制備方法等較為的落后，我國的先進復合材料技術的研究成果與發展，與國外發達國家的水平還是具有一定差距的。

2 先進復合材料的特性與優越性

經過長期的實驗不能發現先進復合材料具有多種性能都優于普通的鋁金屬材料與鋼金屬材料，應用到航空航天領域中，不僅可以賦予航空航天防熱、吸波等設備特殊的性能，而且還可以有效地減輕航空航天設備本身的重量。

2.1 經濟效益最大化與多功能性

在航空航天領域應用先進復合材料，可以最大可能的減少產品的部件數量。由于使用先進復合材料的復雜部件進行連接時，根本不需要進行相關的焊接與鉚接操作，所以大大降低了其連接部件的需求量，進一步降低了成本，減少了裝配材料連接時間、裝配時間。經過了多年的發展，先進復合材料結合了眾多優異的化學性能、生物性能、力學性能以及物理性能，具有超導性能、半導性能、吸波性能、阻燃性能等特性；并且每一種功能性之間還存在著一定的差別，不同的先進復合材料組成不同，現階段多功能性、綜合性的先進復合材料是一種必然趨勢。

2.2 復合效應與材料、結構一體化

先進的復合材料并不僅僅是將幾種材料進行簡單地混合與加工，其不僅要分析一些相關材料的具體性能，而且還要對其預期的性能進行相關的分析；進而將具有某些性能的材料進行加工，只有這樣通過復合效應而加工出來的先進復合材料，才可以更好的為我國航空航天領域服務。之前我國在進行復合材料構件鑄造時，都是先將復合材料進行加工，然后再對加工完成后的材料進行復合材料構件的制造。而現在自從有了復合材料，憑借我國現有的技術就不再需要如此多的步驟與麻煩，由于兩者可以同時進行，不僅大大縮短了制作的周期，而且得到的產品是一個整體，功能性能更加的穩定。

2.3 各向異性與可設計性

通常情況下，不同的條件與環境，對于其所使用的材料要求也是不盡相同的，所以說，要根據其具體情況與具體需求去選擇相關的材料。若一開始想要選用普通材料達到同樣的效果，難度是十分巨大的；但是若要是采用復合材料，則可以較為容易的做到。一般情況下，絕大多數的企業都是采用按照其需求去選擇具有對應特點的普通材料，然后再將這些普通材料進行進一步的加工、復合，促使其可以達到相關企業所需要的性能。通常情況下，復合材料具有一定的各向異性，所以說，在某種程度上，可以通過其這一功能，去節省材料是其利用率達到最大。

現階段通過選擇合適的材料、技術條件以及鋪層程序，可以加工出膨脹系數為零的復合材料；有許多采用纖維、樹脂等復合結構方式可以得到不同性能、不同形狀的復合材料，并且復合材料的尺寸要比傳統的金屬材料穩定的多。

3 復合材料在航空航天領域的發展前景

3.1 向著智能化的方向不斷邁進

對更加智能化先進復合材料的結構進行研究，不僅可以創造出巨大的社會效益，而且還可以創造出巨大的經濟效益。將智能型的先進復合材料應用在航空航天器的外表，不僅可以在航空器的表面增設各種傳感器設備等，對周圍的環境進行智能、全面、實時的檢測，而且還可以為雷達、電子戰以及通訊系統提供更加瞬時的模態，保障航空器可以更加穩定、安全地飛行。

3.2 向著低成本的方向不斷邁進

在航空航天領域應用先進復合材料的一大限制問題就是其成本較高。因此，為了解決這一難題，首先可以從先進復合材料制造工藝入手，采用更加科學的制造工藝、更加先進的自動化技術、質量控制技術等，對先進復合材料的形狀、尺寸、結構進行加工與制造，提高先進復合材料的成品率，提高其生產效率，以此來降低先進復合材料成本較高的問題。

4 結語

綜上所述，航空航天領域對先進復合材料的需求量是十分巨大的，其對我國的航空航天領域也有著十分巨大的意義。因此，我國需要加大對先進復合材料的研究力度與研究進程，盡量縮短我國在先進復合材料方面與世界先進水平之間的差距。同時，還要加強復合材料在設計方面技術與工藝的研究與實踐，大力推動碳纖維的等方面的研究力度，解決我國目前航空航天中所面臨的各種問題，使我國的航天航空技術更上一層樓。

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