航空航天复合材料发展浅析
摘要
关键词
航空航天;复合材料;材料类型;发展途径
正文
在航天领域的发展中,材料的性能会直接影响飞行器的性能和可靠性,随着当前航天技术的不断发展,传统的材料已经无法满足当前日趋增长的航空发展需求。因此,相关设计单位应该结合当前行业发展的需要,真正研发一些全新的复合材料,利用复合材料更加优异的性能,全面提高航空航天行业的发展水平。技术人员要深入研究复合材料的发展模式和要求,通过复合材料的研发全面提高航空航天产业的竞争实力。
1航空航天复合材料类型分析
1.1纤维增强复合材料
在航空航天领域的各类材料中,纤维增强复合材料是使用比较广泛的一种复合材料类型,这种材料的使用综合性能是比较理想的,也正是因为其独特的使用优势,目前已经成为航空航天领域的首选材料。从具体的使用来看,碳纤维具有高强度和低密度的特点,使用的时候与树脂基体进行复合之后,能够形成具有高强度和高密度的复合材料。在航空领域,这种材料一般会被应用于研发飞机机翼、机身、尾翼等部件。例如,波音787和空客A350XWB飞机的机翼和机身大量采用了碳纤维增强复合材料,从整体的研发创新情况来看,这种全新的复合材料使用之后,能够有效地提高飞机的整体性能,而且也可以提高整体飞行的稳定性。
除此之外,玻璃纤维增强复合材料在航空航天领域的整体使用效果也是比较理想的,相对于其他的材料而言,玻璃纤维增强复合材料在使用的时候比较明显的优势是成本投入相对比较低,而且这项材料使用之后也具有较强的耐腐蚀性能和绝缘性能。因为其本身成本较低的优势,所以这种材料更多应用于一些生产要求相对比较低的零部件,比如,可以应用于生产飞机内饰件等。技术人员应该结合飞机生产的具体要求合理地选择复合材料,并且要了解不同复合材料使用之后所产生的效果,采用多方面对比的方式选择性价比最高的材料。
1.2金属基复合材料
金属基复合材料也是当前使用效果比较理想的影响材料,整体的材料使用情况来看,整体是以金属为基体,以陶瓷、纤维等为增强体的复合材料。航空航天领域的世界生产规模一般比较大,不同零部件和不同环节的生产,对于材料的要求和规格也是不一样的。在整体生产设计的时候,这种复合型的材料主要被应用于制造发动机零部件和航空航天结构件等环节,在这些环节的整体使用情况是比较理想的。例如,碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、良好的耐磨性和高温性能,被广泛应用于航空发动机的风扇叶片、压气机叶片等部件。
合理采用这种复合材料能够有效提升整个零部件的实际性能,而且通过合理的材料搭配,还能够达到更加理想的使用效果,可以减轻各种零部件的实际使用重量。通过材料的合理搭配,能够更好地满足航空航天发动机对于高性能材料的实际需求,合理地使用各种材料,提高各种材料的应用性能,减少项目建设生产过程中的经济投入。除此之外,还要考虑到这种复合材料在加工性能方面的使用情况,这种材料的可加工性能也是比较理想的,在实际操作的时候一般是可以通过传统的金属加工工艺对其进行加工成型的,合理加工之后可以直接应用于后续的工业化生产中。
1.3陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料具有耐高温、抗氧化、高硬度等优异性能,在整个航空航天设计领域的应用场景非常广泛。设计单位在对航空发动机系统进行设计的时候,要考虑到涡轮叶片的工作环境,因为长期处于高温高压的恶劣环境下,所以对于材料的耐高温性能要求非常高。陶瓷基复合材料能够承受1200℃以上的高温,相对于传统的材料而言,整体的使用温度有了明显的提升。而且这种材料还可以应用于航空飞行器热防护系统的设计中,能够有效地解决高温烧灼的问题,可以保护飞行器的结构安全
2航空航天复合材料发展的途径
2.1加强技术创新,研发新型复合材料
对于航空航天复合材料的发展而言,持续进行技术创新是非常重要的,技术单位在发展的时候要加大对于各种新型纤维材料的研发力度,要加大研发的强度,同时要结合各种材料的使用情况,探索一些新型的纳米纤维材料。只有不断进行研发创新才能全面提高复合材料的整体性能,从而达到更加理想的使用效果。除此之外,还应该了解各种新型材料的使用情况,开发具有更好综合性能的树脂基体、金属基体和陶瓷基体材料。比如,在研发的时候,应该对树脂基体的配方和工艺进行创新和改进,通过合理的设计全面提高各项材料的耐高温性能和韧性,要研发一些新型的复合材料,全面增强整体结构之间的结合力,提高复合材料的整体性能。还应该加强对复合材料的多功能研究力度,要让复合材料能够具有较好的力学性能,让其具备导电、导热、隐身等功能,满足航空航天领域多样化的需求。
2.2优化制造工艺,提高生产效率与质量
在实际进行材料生产的时候,先进的制造工艺也是实现航空航天服和材料大规模应用的关键和前提,在对复合材料进行研发的时候,应该考虑到整体制造工艺存在着生产效率较低、成本比较高,而且质量控制难度比较大的问题。基于这些问题,应该不断对制造工艺的模式和内容进行优化,全面提高整体的生产效率和产品质量,还应该增强复合材料的制造力度,要采用一些自动化的技术,这样能够提高整体生产的精密度。比如,对于大型复合材料结构件,采用热压罐成型、树脂传递模塑等工艺,这些工艺的合理使用能够实现一体化成形设计,能够提高整体产品生产的质量和稳定性。对于生产制造而言,建立科学完善的质量监测管理体系是非常重要的相关单位,应该采用无损检测和超声检测相结合的方式,对于复合材料内部缺陷进行综合性的评估和测量,要保证产品质量能够符合航空航天领域生产要求。
2.3深化产学研合作,促进成果转化
航空航天服和材料的发展需要社会高校还有科研机构之间的紧密合作,高校为社会行业发展提供高质量的专业人才,同时可以机构和企业能够为人才提供实践学习的机会,增强其实践能力和丰富的工作经验。各单位在发展的时候应该重视技术的创新和优化,了解当前技术研发的具体困难和实际的研发模式,要深化产学研合作的力度建立联合研发平台,共同开展复合材料的研发、生产和应用研究。企业可以为高校和科研机构提供实践基地和研发的资金,这样能够更好地促进科研成果的迅速转化和应用。政府部门也应该发挥宏观调控的作用,鼓励和支持产学研合作,这样能够为整体发展创造更好的发展环境,也可以推动航空航天服和材料的系统化发展与进步。
3结束语
总而言之,航空航天复合材料的发展对于航空航天技术的发展和进步有着重要的意义,通过对各项材料进行研发,能够提高飞行器的性能,降低飞行过程中的能耗,也能够增强整体结构的稳定性。未来,还需要对整体的性能模式进行优化,加大对复合材料的研发力度,全面推动航空航天产业的更高发展。
参考文献:
[1]沈军,谢怀勤.先进复合材料在航空航天领域的研发与应用[J].材料科学与工艺,2018,16(5):436.
[2]唐见茂.航空航天复合材料发展现状及前景[J].航天器环境工程,2013(4):83.
[3]黄高,熊正时.航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2023(2):4.
...