第二章 复合材料在飞机上的应用综述
课
题
第二章复合材料在飞机上的应用综述
目的与要求复材在航空制造中的重要地位
航空发动机制造中使用复合材料的分布和比重先进民机使用复材的部位和作用
无人机制造中使用复材的主要特点
未来航空制造中使用复材的主要方向
重点航空发动机制造中使用复合材料的分布和比重先进民机使用复材的部位和作用
难
点
复材在航空制造中的重要地位
教
具
复习提问无人机制造中使用复材的主要特点未来航空制造中使用复材的主要方向启发复材可能还会使用的部位
新知
识点
考查
胶黏剂材料的选用方法、原则和依据
布置
作业
课堂布置，见后面。
课后回忆先进民机使用复材的部位和作用无人机制造中使用复材的主要特点
备注教员
第二章复合材料在飞机上的应用综述第2 页共8 页
图1 复合材料制作的零部件
图2 民用大型飞机复合材料分布图
第二章复合材料在飞机上的应用综述第3 页共8 页
1.复合材料的应用特点
随着航空航天科学技术的不断进步,促进了新材料的飞速发展,其中尤以先进复
合材料的发展最为突出。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增
强的复合材料,耐高温的纤维增强陶瓷基复合材料,隐身复合材料,梯度功能复合材料
等。飞机和卫星制造材料要求质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀,这些苛刻的条件,只
有借助新材料技术才能解决。
复合材料具有质量轻,较高的比强度、比模量,较好的延展性,抗腐蚀、导热、隔
热、隔音、减振、耐高(低)温,独特的耐烧蚀性、透电磁波,吸波隐蔽性、材料性能的
可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点,是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事
武器的理想材料。
2.飞机机身上的应用
2.1.飞机机身结构上的应用
先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或
超过铝合金的复合材料。目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体
结构制造上。
飞机用复合材料经过近40年的发展,已经从最初的非承力构件发展到应用于次
承力和主承力构件,可获得减轻质量(20~30)%的显著效果。目前已进入成熟应用期,对
提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑,其设计、制造
和使用经验已日趋丰富。迄今为止,战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30%左
右,新一代战斗机将达到40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70~80)%左右,
甚至出现全复合材料飞机。
“科曼奇”直升机的机身有70%是由复合材料制成的,但仍计划通过减轻机身前
下部质量,以及将复合材料扩大到配件和轴承中,以使飞机再减轻15%的质量。“阿帕
奇”为了减轻质量,将采用复合材料代替金属机身。使用复合材料,未来的联合运输旋
转翼(JTR)飞机的成本将减少6%,航程增加55%,或者载荷增加36%。以典型的第四代
战斗机F/A-22为例复合材料占24·2%,其中热固性复合材料占23·8%,热塑性复合材
料占0·4%左右。
热固性复合材料的70%左右为双马来酰亚胺树脂(BMI,简称双马)基复合材料[1],
生产200多种复杂零件,其它主要为环氧树脂基复合材料,此外还有氰酸酯和热塑性树
脂基复合材料等。主要应用部位为机翼、中机身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年来,
国内飞机上也较多的使用了复合材料。例如由国内3家科研单位合作开发研制的某歼
击机复合材料垂尾壁板,比原铝合金结构轻21 kg,减质量30%。
北京航空制造工程研究所研制并生产的QY8911/HT3双马来酰亚胺单向碳纤维
预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整
流壁板等构件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C热塑性树脂单向碳纤维预
浸料及其复合材料,具有优异的抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲劳性
能,适合制造飞机主承力构件,可在120℃下长期工作,已用于飞机起落架舱护板前蒙
皮。在316℃这一极限温度下的环境中,复合材料不仅性能优于金属,而且经济效益高。
据波音公司估算,喷气客机质量每减轻1 kg,飞机在整个使用期限内即可节省2200美
元。
第二章复合材料在飞机上的应用综述第4 页共8 页
2.2.飞机隐身上的应用
近几十年来,隐身复合材料的研究取得了长足进展,正朝着“薄、轻、宽(频谱)、
强(耐冲击、耐高温)”方向发展。美国最先将隐身材料用在飞机上,用隐身材料最多的
是F-117和F-22飞机。F-117的隐身涂层十分复杂,有7种材料之多。
例如,它的机身、机翼、副翼及尾翼等采用了瓦片状吸波材料,为了加固这种瓦片
状材料在底层采用了Filcoat材料,它是碳纤维增强的环氧预浸带,用自动铺带法叠在吸
波涂层下面。2000年,美空军对F-117的隐身材料进行更新,将原来的7种隐身材料涂
层更换为1种,全部F-117将具有通用的维修程序和雷达波吸收材料,技术规程的数量
减少大约50%。
改进后F-117的每飞行小时维修时间缩短一半以上,全部52架F-117的年维护费
用从1450万美元降至690万美元。F-22不采用全机涂覆吸波涂层的方法,但在机身内
外的金属件上全部采用了铁氧体吸波涂层,它是一种有韧性的耐磨涂料,较之F-117的
涂料易于喷涂且耐磨。专家预测到本世纪30代,导电高分子电致变色材料、掺杂氧化
物半导体材料、纳米复合材料和智能隐身等复合材料将实际用于飞机,它将使飞机的
航电系统及控制方式发生根本性的变化。
3.航空发动机上的应用
3.1.涡轮发动机上的应用
由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性,复合材料在航空涡轮发动机上
应用的范围越来越广且比例越来越大,使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全
复合材料发动机”方向发展。
(1)树脂基复合材料
凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好,阻噪能力强的优点,树脂基复合材
料在航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)和发动机短舱、反推
力装置等部件上得到广泛应用。如JTAGG验证机的进气机匣采用碳纤维增强的
PMR15树脂基复合材料,比采用铝合金质量减轻26%;F136发动机采用与F110-132发
动机相似的复合材料风扇机匣,使质量减轻9kg。
(2)碳化硅纤维增强的钛基复合材料
凭借密度小(有的仅为镍基合金的1/2),比刚度和比强度高,耐温性好等优点,碳化
硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等部件
上已经得到了广泛应用。
(3)陶瓷基复合材料
目前主要的陶瓷基复合材料产品是以SiC或C纤维增强的SiC和SiN基复合材
料。凭借密度较小(仅为高温合金的1/3~1/4),力学性能较高,耐磨性及耐腐蚀性好等优
点,陶瓷基复合材料,尤其是纤维增强陶瓷基复合材料,已经开始应用于发动机高温静
止部件(如喷嘴、火焰稳定器),并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮
导流叶片等部件上。
3.2.火箭发动机上的应用
由于火箭发动机喷管壁受到高速气流的冲刷,工作条件十分恶劣,因此C/C最早
用作其喷管喉衬,并由二维、三向发展到四向及更多向编织。
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同时火箭发动机设计者多年来一直企图将具有高抗热震的Ct /SiC用于发动机喷
管的扩散段,但Ct的体积分数高,易氧化而限制了其广泛应用,随着CVD、CVI技术的
发展,新的抗氧化Ct /SiC及C- C/SiC必将找到其用武之地。
Melchior等认为C纤维CMC、陶瓷纤维CMC以及C/C复合材料,特别是以SiC
为纤维或基体的CMC抗氧化,耐热循环和烧蚀,是液体火箭发动机燃烧室和喷管的理
想材料,并进行了总数为31个的长达20 000 s的燃烧室和喷管点火试验,内壁温度高达
1732℃,一个600 kg发动机成功地点火七次,温度为1449℃。
目前为解决固体火箭发动机结构承载问题,美国和法国正在进行陶瓷纤维混合
碳纤维而编织的多向(6向)基质、以热稳定氧化物为基体填充的陶瓷复合材料。SiC
陶瓷制成的喉衬、内衬已进行多次点火试验。今天作为火箭锥体候选材料的有A12O3、
ZrO2、ThO2等陶瓷,而作为火箭尾喷管和燃烧室则采用高温结构材料有SiC、石墨、
高温陶瓷涂层等。
4.卫星和宇航器上的应用
卫星结构的轻型化对卫星功能及运载火箭的要求至关重要,所以对卫星结构的
质量要求很严。国际通讯卫星V A中心推力筒用碳纤维复合材料取代铝后减质量23
kg(约占30%),可使有效载荷舱增加450条电话线路,仅此一项盈利就接近卫星的发射
费用。美、欧卫星结构质量不到总质量的10%,其原因就是广泛使用了复合材料。
目前卫星的微波通讯系统、能源系统(太阳能电池基板、框架)各种支撑结构件等
已基本上做到复合材料化。我国在“风云二号气象卫星”及“神舟”系列飞船上均采
用了碳/环氧复合材料做主承力构件,大大减轻了整星的质量,降低了发射成本。
5.复合材料在飞机上的应用方向
目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，但在20世纪90年代初复合材料市
场曾一度陷入低靡，究其原因是由于复合材料设计制造的复杂性造成了成本壁垒，人
们开始认识到只有重视性能和成本的平衡，才能使复合材料展现辉煌。随着复合材料
先进技术的成熟，使其性能最优和低成本成为可能，大大推动了复合材料在飞机上的
广泛应用。本文在介绍国外复合材料在飞机上广泛应用的基础上，对作为技术保障的
数字化设计技术和先进制造技术进行了分析研究。
从国外情况看，各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分，复合材料在飞
机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。下面介绍复合材
料在飞机上应用的发展趋势。
5.1.复合材料在飞机上的用量日益增多
复合材料用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比表示，纵观复合材料在
民机上的发展情况发现，无论是波音公司还是空中客车公司，随着时间推移，复合材
料的用量都呈增长趋势。最具代表意义的是空客公司的A380 客机和波音公司最新推
出的787客机。
在A380上仅碳纤维复合材料的用量就达32t左右，占结构总重的15%，再加上
其他种类的复合材料，估计其总用量可达25%左右。787上初步估计复合材料用量可
达50%，远远超过了A380。另外，复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增
长趋势。
5.2.应用部位由次承力结构向主承力结构过渡
第二章复合材料在飞机上的应用综述第6 页共8 页
飞机上最初采用复合材料的部位有舱门、整流罩、安定面等次承力结构，目前
已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。从1982年开始用复合材料制
造飞行操纵面（如A310-200飞机的升降舵和方向舵），空客公司在主承力结构上使用
复合材料已有20多年的经验。
在A380上采用的碳纤维复合材料大型构件主要有中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮
壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承压框、垂尾等，大量的主承力结构都采用
了复合材料。787复合材料的应用则更让世人瞩目，其机身和机翼部位采用碳纤维增
强层合板结构代替铝合金;发动机短舱、水平尾翼和垂直尾翼、舵面、翼尖等部位采
用碳纤维增强夹芯板结构;机身与机翼衔接处的整流蒙皮采用玻璃纤维增强复合材
料。与A380 相比其用量更大，主承载部位的应用更加广泛，这将是世界上采用复合
材料最多的大型商用喷气客机。
5.3.复合材料在复杂曲面构件上的应用越来越多
飞机上复杂曲面零件很多，复合材料的应用也越来越多，比如A380机身19段、
19.1段和球面后压力隔框等均为采用复合材料的具有复杂曲面的大尺寸受力组件，分
别采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。在大型复杂曲面构件上应用复
合材料最典型的例子，当属洛克希德·马丁公司在JSF项目中的复合材料进气道。采
用纤维铺放技术制造的JSF 进气道，通道截面沿S形轴线由矩形向圆形过渡，同时
直径逐渐变小，形状非常复杂。该进气道由4部分碳－环氧复合材料结构组成，采用
夹芯结构增强刚度，实现减重并降低了成本。
在复杂曲面轮廓上应用复合材料存在潜在的制造变形问题，与铺层边界吻合的
复杂曲面的铺层展开形状难以确定，更严重的是铺层甚至无法展开，在设计制造方面
具有很大的难度，该类零件的设计具有挑战性。
5.4.构件向整体成型、共固化方向发展
飞机上大量采用复合材料的一个主要目的就是减重，而复合材料构件的共固化、
整体成型能够成型大型整体部件，可以明显减少零件、紧固件和模具的数量。减少装
配是复合材料结构减重的重要措施，也是降低成本的有效方法。
构件整体成型最有代表性的例子是PremieⅠ商务机采用纤维铺放技术制造的整
体成型机身结构。该机身厚度为20.6mm，采用碳纤维增强复合材料作为面板的蜂窝
夹层结构，消除了传统铝制机身中需要的桁条和框架，由此比相同尺寸的飞机增加了
33% 的客舱空间，并带来了25%的减重。
PremieⅠ商务机的机身只有两个整体成型的部件构成，整个机身质量小于
273kg，而同样大小的铝合金机身结构将包括加强筋、框架、舱壁、外蒙皮等，零部
件数目超过3000个，质量至少为454kg。零部件数目的减少在很大程度上缩短了生
产周期，减少了在制造和装配部件过程中的工时，从而大幅度降低成本。
然而，当越来越多的功能被集成到单一部件中时，复杂程度大大增加，使设计
和制造具有更大难度，需要设计的创新以及制造集成零件的先进技术来保证。
6.技术保障
由于复合材料设计制造的独特性，设计、材料、工艺要求一体化以及在主承力
结构、复杂曲面轮廓上应用复合材料和构件整体成型所带来的问题，使复合材料构件
的成本、性能都受到影响。
第二章复合材料在飞机上的应用综述第7 页共8 页
大量复合材料的应用具有很大的挑战性，必须以先进的复合技术作为技术保障，
主要包括复合材料数字化设计、先进制造技术以及设计、制造一体化等。
6.1.复合材料数字化设计
在复合材料数字化设计、制造环境下进行复合材料构件的结构设计、铺层设计、
铺层展开以及制造数据准备等工作，复合材料专用设计/制造软件是不可缺少的工具。
目前世界领先的复合材料专用设计/制造软件有CATIA CPD(CATIA-CompositeDesign)
模块和VISTAGY 公司开发的FiberSIM 软件。前者与CATIA系统全面集成，后者
亦能完全集成到CATIA、Pro/E 以及UG 等CAD 软件中。复合材料设计/制造软件
与已有CAD 系统的集成提供了高效的复合材料数字化设计/ 制造工具。
复合材料数字化设计不仅包括构件的几何建模，更为关键的是体现制造信息的铺
层设计。复合材料数字化设计分为初步设计、详细设计和制造准备3个阶段。
在初步设计阶段，先采用三维CAD 软件构建三维数字样机，定义构件的形状以
及定位特征，以便在其工装设计以及数字化装配中应用。在几何建模的基础上，定位
构件的结构区域，完成层合板的定义。
初步设计之后，进入详细设计阶段。依据分析软件的区域划分以及各区域的详细
铺层定义数据，设计者定义构件的铺层集以及铺层集中的每一个铺层，包括几何轮廓、
铺设角度、辅设顺序、材料类型、参考坐标系、相邻铺层集之间的铺层递减信息以及
铺层集中铺层数目的定义等。完成铺层定义后，利用铺层分析工具对定义好的铺层进
行分析，如指定位置的夹芯检查、剖切面检查以及重量和面积计算等，检验实际铺层
与预期铺层定义的差别，并指导铺层的修改。
复合材料的制造准备阶段完成材料余量定义、三维实体生成、铺层展开以及技术
文档的自动生成等。一旦设计者对铺层几何感到满意，一方面生成构件的三维实体以
便在数字化预装配、工装设计等过程中应用；另一方面将构件的三维实体模型逐层展
开，生成铺层展开数据，为制造应用做数据准备。设计信息在模型内定义后，使用复
合材料设计/制造软件基于三维CAD 模型可以自动生成工程图纸、材料表、工艺流
程卡、铺层页、箭标、铺层表等，是指导复合材料构件生产和装配的依据。一旦设计
模型有所改动，文档自动更新以适应变化，极大缩短了设计时间。
6.2.复合材料设计、制造一体化
除上述的数字化设计功能之外，复合材料专用设计/制造软件还提供数据接口以联
系设计和制造环节，使制造与设计定义直接结合，实现设计、制造的一体化。三维模
型建好以后，一边用于工装的设计制造，一边输入复合材料专用设计/制造软件完成
基于三维模型的铺层展开。
铺层展开数据进一步提取通过数据接口生成下料机专用的排样下料文件、直接支
持Virtek和General Scanning激光投影系统的激光投影编码（或提供中介APT 格式
文件）以及用于纤维铺放的铺层文件等，通过数据接口将上述文件信息分别输入到排
样系统、自动剪裁机、激光铺层定位系统和纤维铺放机等制造设备，自动进行优化排
样、下料、各铺层精确定位以及纤维铺放等。
复合材料设计、制造一体化实现了零件三维模型到制造的无缝集成，极大地减少
了不准确的铺层尺寸和铺设方向，提高了产品质量，同时自动切割和优化排样减少了
材料浪费，激光铺层定位消除了手工切割样板和手工铺层样本，降低了成本。
6.3.复合材料先进制造技术
第二章复合材料在飞机上的应用综述第8 页共8 页
传统的复合材料制造技术自动化程度低，致使复合材料构件存在质量分散性大，
生产成本居高不下等问题。近年来出现的各种各样的自动化程度较高的复合材料先进
制造技术，比如纤维铺放、树脂膜转移成型/树脂膜渗透成型及电子束固化等，对提
高生产效率、提高构件质量、降低成本起到了关键作用。
纤维铺放技术是自动铺丝束技术和自动窄带铺放技术的统称，是在已有缠绕和自
动铺放基础上发展起来的一种全自动制造技术，适用于机身等大型、复杂型面结构的
制造。纤维铺放技术是近年来发展最快、最有效的复合材料自动化制造技术之一，应
用也非常广泛。预成型体复合材料液体成型工艺技术（LCM）是先进树脂基复合材
料低成本制造技术的一个重要方面，目前已获得相当成功的有RTM 和RFI 工艺，
为制造集成零件的最先进技术之一。在零件固化方面，传统的热压罐固化初期投资大，
要求高温高压，大型制品还受到成型设备大小的限制，采用电子束固化的目的是显著
降低大型、复杂、整体结构复合材料构件的固化成本。另外，电子束固化与纤维铺放
技术相结合，能够成型大型整体部件，对构件的整体成型、共固化有重要意义。
先进的复合材料技术为飞机制造企业带来了巨大的效益，对提高飞机的性能起着
极重要的作用。例如，JSF飞机在复合材料进气道的研制中由于采用了数字化设计和
纤维铺放等先进技术，最终将其设计时间由300h减少到150h，制造时间由450h减
少到200h；西科斯基公司在S-92直升机坐舱罩的研制中通过采用先进技术，降低开
发时间27%，减少更改超过90%；在整体成型Premie Ⅰ机身的过程中采用了纤维铺
放技术，与手工铺层相比，使结构重量减少了20%，材料浪费减少了60%。
7.作业
7.1.简要陈述复合材料在飞机机身上的应用实例
7.2.简要陈述复合材料在飞机上的应用方向
7.3.简要陈述复合材料制造的主要技术保障条件
8.主要才考文献
《复合材料在飞机上的应用评述》
《复合材料在航空航天中的应用》
复合材料在飞机上的应用
新视点 NEW VIEWPOINT 64航空制造技术２００６年第３期 目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，但在２０世纪９０年代初复合材料市场曾一度陷入低靡，究其原因是由于复合材料设计制造的复杂性造成了成本壁垒，人们开始认识到只有重视性能和成本的平衡，才能使复合材料展现辉煌。随着复合材料先进技术的成熟，使其性能最优和低成本成为可能，大大推动了复合材料在飞机上的广泛应用。本文在介绍国外复合材料在飞机上广泛应用的基础 上，对作为技术保障的数字化设计技术和先进制造技术进行了分析研究。从国外情况看，各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分，复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。下面介绍复合材料在飞机上应用的发展趋势。 （１） 复合材料在飞机上的用量日益增多。 复合材料在飞机上 的应用评述 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 张丽华 范玉青 复合材料用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比表示，纵观复合材料在民机上的发展情况发现，无论是波音公司还是空中客车公司，随着时间推移，复合材料的用量都呈增长趋势。最具代表意义的是空客公司的Ａ３８０客机和波音公司最新推出的７８７客机。在Ａ３８０上仅碳纤维复合材料的用量就达３２ｔ左右，占结构总重的１５％，再加上其他种类的复合材料，估计其总用量可达２５％左右。７８７ 上初步估计复合材料用量可达５０％，远远超过了Ａ３８０。另外，复合材料 在军机和直升机上的用量也有同样的 增长趋势。（２） 应用部位由次承力结构向主承力结构过渡。 飞机上最初采用复合材料的部位有舱门、整流罩、安定面等次承力结 构，目前已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。从１９８２年开始用复合材料制造飞行操纵面（如Ａ３１０－２００飞机的升降舵和方向舵），空客公司在主承力结构上使用复合材 料已有２０多年的经验。在Ａ３８０上采用的碳纤维复合材料大型构件主要有中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承压框、垂尾等，大量的主承力结构都采用了复合材料。７８７复合材料的应用则更让世人瞩目，其机身和机翼部位采用碳纤维增强层合板结构代替铝合金；发动机短舱、水平尾翼和垂直尾翼、舵面、翼尖等部位采用碳纤维增强夹芯板结构；机身与机翼衔接处的整流蒙皮采用玻璃纤维增强复合材料。与Ａ３８０相比其用量更大，主承载部位的应用更加广泛，这将是世界上采用复合材料最多的大型商用喷气客机。 （３） 复合材料在复杂曲面构件上的应用越来越多。 飞机上复杂曲面零件很多，复合材料的应用也越来越多，比如Ａ３８０机身１９段、１９．１段和球面后压力隔框等均为采用复合材料的具有复杂曲 复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障 复合材料在飞机上的应用
金属基复合材料的现状与展望
金属基复合材料的现状与 展望 学院：萍乡学院 专业：无机非金属材料 学号：13461001 姓名：蒋家桐
摘要综述了金属基复合材料的进展情况,重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合 涂层的进展,包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况. 同时报道了目前本领域研究存在的问 题,如:力学问题、界面问题、热疲劳问题,并在此基础上展望发展前景. 关键词颗粒增强金属基复合材料,复合涂层材料,界面,热疲劳,功能梯度材料 随着近代高新技术的发展,对材料不断提出多方面的性能要求,推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展[1 ] . 复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题,推进了材料的进展.金属基复合材料(MMC) 是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料. 这种材料的主要目标是解决航空、航天等高技术领域提高用材强度、弹性模量和减轻重量的需要,它在60 年代末才有了较快的发展,是复合材料一个新的分支. 目前尚远不如高聚物复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同时具有弹性模量高、韧性与耐冲击性好、对温度改变的敏感性很小、较高的导电性和导热性,以及无高分子复合材料常见的老化现象等特点,成为用于宇航、航空等尖端科技的理想结构材料. 1 进展情况 目前,金属基复合材料基本上可分为纤维增强和颗粒增强两大类,所用的基体包括Al , Mg ,Ti 等轻金属及其合金以及金属间化合物等,也有少量以钢、铜、镍、钴、铅等为基体. 增强 纤维主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维等,增强颗粒有碳化硅、氧化铝、硼 化物和碳化物等. 用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上 只有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用 前景[2 ] . 1. 1 纤维增强金属基复合材料 纤维增强金属基复合材料,由于具有高温性能好、比强度、比模量高、导电、导热性好等优 点,而成为复合材料的主要类型. 1. 2 颗粒增强金属基复合材料 由于纤维增强金属基复合材料存在上述缺点,从而未能得以大规模工业应用,只有美国、 日本等少数发达国家用于军事工业. 为此,近年来国际上又将注意力逐渐转移到颗粒增强金属 基复合材料的研究上. 这一类金属基复合材料与纤维增强金属基复合材料相比制备工艺简单, 成本低,可采用常规金属加工设备来制造,这样有利于其开发和应用. 可见,颗粒增强金属基复 合材料是非常有发展前途的. 金属基颗粒复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐蚀、高强度材料开发的,目前用于颗粒增强
大型飞机复合材料机身结构设计
大型飞机复合材料机身结构设计 李晓乐 （北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100083） 摘要：本文研究了复合材料在大型飞机机身上的应用。利用相关机身结构数据，进行了结构形式的分析和选 择。参照有关规定，针对所设计的飞机机身在气密载荷作用下的情况进行了强度分析，并用这些分析结果来指 导复合材料的结构设计。复合材料选择为层合结构。并依据层合复合材料的特性，进行了层合板的铺层角度设 计和铺层顺序设计。对所设计的大型飞机复合材料机身结构进行了刚度分析，给出了主要构件的应力、应变结 果，证明了这种层合复合材料设计是合理可行的，为复合材料在我国大飞机项目上的应用提供了参考。 关键词：复合材料；大型飞机；机身结构；刚度 The Structural Design of Composites of Large Airplane Fuselage LI Xiaole (School of Aeronautical Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China) Abstract: This paper discusses the application of composite material in the large airplane fuselage. The concrete form of fuselage was analyzed and determined, which based on the data of some existing fuselage structure. Compared with some standard, the strength of the fuselage was analyzed under the pressure load. The result can conduct the structures design. The laminate of composites was chosen. The degree and the order of composite were also determined. The stiffness of the designed composite fuselage was computed, which also showed the result of strain and stress. Analysis manifested that the composites is designed appropriately, and the result can be consulted in the large-aircraft program. Keywords: Composites, Large Airplane, Fuselage Structure, Stiffness 机身是飞机的重要部件之一，它把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机。对大型民用飞机来说，机身还能安置空勤组人员、旅客、装载燃油、设备和货物。现代飞机的机身是一种加强的壳体，这种壳体的设计通常称为“半硬壳式设计”。为了防止蒙皮在受压和受剪时失稳，就需要安装隔框、桁条等加强构件[1~2]。 随着时代的发展，复合材料在飞机设计中的用量越来越大，除了以前的非承力构件，现在主承力构件上也开始采用大量的复合材料设计。但到现在为止，虽然复合材料的用量有了相应的增加，可飞机机身仍然是有金属参加的[1]。 本文针对机身所承受的载荷，确定飞机机身的整体刚度、强度。然后以刚度、强度为基准，设计复合材料的结构形式，并对这种形式的机身进行初步的性能计算，旨在为复合材料在我国大飞机项目上的应用提供一些参考。 1 机身结构设计 作者介绍:李晓乐(1985-), 男, 硕士研究生. ft4331789@https://www.wendangku.net/doc/984440873.html,
飞机复合材料损伤检测与维修【毕业作品】
BI YE SHE JI （20 届） 飞机复合材料损伤检测与维修 所在学院 专业班级飞机结构修理 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月
摘要 复合材料是由两种或两种以上的原材料,通过各种工艺方法组合成的新材料。其应用在航空领域越来越广泛。对于现代飞机来说复合材料的应用对减重、耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。复合材料在飞机上的应用日趋广泛,其应用和修理水平亟待提高。论文介绍了飞机复合材料的损伤特征和可用于飞机复合材料损伤无损检测的目视、敲击、阻抗、谐振、超声、射线照像、红外热图和声发射等检测法,并结合实际介绍了不同类型复合材料结构和缺陷检测方法的选择。 关键词：复合材料；损伤检测；维修
ABSTRACT Composite materials are composed of two or more than two kinds of raw materials. Its application in aviation field is more and more extensive. For modern aircraft, the application of composite materials has an important role in weight loss, corrosion resistance and cost reduction. It plays an important role in the light weight, small size and high performance of the aircraft structure. The application of composite materials in aircraft is becoming more and more extensive, and its application and repair level need to be improved. This paper introduces the damage characteristics of aircraft composite material and can be used for nondestructive detection of visual, percussion, impedance, resonance, ultrasound, X-ray, infrared thermography and acoustic emission detection method of damaged aircraft composite materials, and introduces different types of composite structure and defect detection method combined with the actual choice. Key words:composite material; damage detection; maintenance
金属基复合材料综述
金属基复合材料综述 专业： 学号： 姓名： 时间：
金属基复合材料综述 摘要：新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视。本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状，对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展趋势。 关键词：金属基复合材料；分类；性能；应用；制备；发展趋势 Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development. Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend. 1.引言 复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。
金属基复合材料的研究进展
金属基复合材料的研究进展 姓名：@@@ 学号：@@@@ 学院：@@@@ 专业：@@@@
目录 1金属基复合材料发展史 (1) 2金属基复合材料的制造方法 (1) 2.1扩散法 (1) 2.1.1扩散粘结法 (1) 2.1.2无压力金属渗透法 (2) 2.1.3预制体压力浸渗法 (2) 2.2沉积法 (2) 2.2.1反应喷射沉积法(RAD) (2) 2.2.2溅射沉积法 (2) 2.2.3化学气象沉积法 (2) 2.3液相法 (2) 2.4熔体搅拌法 (3) 3金属基复合材料的应用概况 (3) 3.1金属基复合材料的范畴界定 (3) 3.2金属基复合材料全球市场概况 (3) 3.2.1MMCs在陆上运输领域的应用 (4) 3.2.2MMCs在电子/热控领域的应用 (4) 3.2.3MMCs在航空航天领域的应用 (5) 3.2.4MMCs在其它领域的应用 (5) 3.3中国的金属基复合材料研究现状 (7) 4金属基复合材料研究的前沿趋势 (7) 4.1金属基复合材料结构的优化 (7) 4.1.1多元/多尺度MMCs (8) 4.1.2微结构韧化MMCs (8) 4.1.3层状MMCs (8) 4.1.4泡沫MMCs (8) 4.1.5双连续/互穿网络MMCs (8) 4.2结构-功能一体化 (8) 4.2.1高效热管理MMCs (8) 4.2.2低膨胀MMCs (9) 4.2.3高阻尼MMCs (9) 4.3碳纳米管增强金属基纳米复合材料 (9) 5总结与展望 (9) 参考文献 (10)
金属基复合材料的研究进展 摘要：在过去的三十年里，金属基复合材料凭借其结构轻量化和优异的耐磨、热学和电学性能，逐渐在陆上运输(汽车和火车)、热管理、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用，确立了作为新材料和新技术的地位。本文概述了金属基复合材料的发展历史和制造方法。并且在综述金属基复合材料的研究与应用现状的基础上，对其研究的前沿趋势进行了展望。 关键词：金属基复合材料；制造方法；性能；应用；前沿展望 金属基复合材料（MMCs），是在各金属材料基体内用多种不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。因此，金属基复合材料在新兴高科技领域，宇航、航空、能源及民用机电工业、汽车、电机、电刷、仪器仪表中日益广泛应用。 1金属基复合材料发展史 近代金属基复合材料的研究始于1924年Schmit[1]关于铝/氧化铝粉末烧结的研究工作。在30年代，又出现了沉淀强化理论[2,3]，并在以后的几十年中得到了很快地发展。到了60年代，金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。到了80年代，日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞，从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了飞快地发展。土耳其的S.Eroglu等用离子喷涂技术制得了NiCr-Al/MgO-ZrO2功能梯度涂层。目前，金属基复合材料已经引起有关部门的高度重视，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经接近了极限。因此，研制工作温度更高、比钢度、比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3 250万美元的高级复合材料（主要为MMC）市场，年平均增长率为16%，远远高于高性能合金的年增长率[4]。到2000年，金属基复合材料的市场价值达到了1.5亿美元，国防/航空用金属基复合材料已占市场份额的80%[5]。预计到2005年市场对金属基复合材料的需求量将达161 t，平均年增长率为4.4%。 2金属基复合材料的制造方法 金属基复合材料的种类繁多，制造方法多样，但总体上可以归纳为4种生产方法。2.1扩散法 扩散法是将作为基本的金属粉末与裸露或有包覆层的纤维在一起压型和烧结，或在基体金属的薄箔之间置入增强剂进行冷压或热压制成金属基复合材料的方法[6]。 2.1.1扩散粘结法 这种方法常用于粉末冶金工业。对于颗粒、晶须等增强体可以采用成熟的粉末冶金法，即把增强体与金属粉末混合后冷压或热压烧结，也可以用热等压工艺。对于连续增强体比较复杂，需先将纤维进行表面涂层以改善它与金属的润湿性并起到阻碍与金属反应的作用，再浸入液态金属中制成复合丝，最后把复合丝排列并夹入金属薄片后热压烧结，对于难熔金属
中国大飞机现状及其发展前景
中国大飞机之我见 姓名：黄文宣 学号：5104139027 学院：航空航天学院
目录： 第一章大飞机（军机、民机）的基本概念 (3) 1.1大飞机的基本概念 (3) 1.2军机的基本概念： (4) 1.3民机的基本概念： (6) 第二章中国研制大飞机必要性 (9) 2.1中国研制大飞机七项重要意义： (9) 2.2国情需要： (10) 2.3产业集群效应： (11) 2.4新的经济增长点： (11) 第三章中国需要什么样的大飞机 (12) 3.1市场分析 (12) 3.2中国国内航空公司实力分析 (13) 第四章军机、民机研制流程 (14) 4.1军机研制流程： (14) 4.2民机研制流程 (16)
第五章大飞机涉及的关键技术 (17) 5.1关键技术之发动机： (17) 5.2关键技术之材料： (18) 5.3关键技术之机电设备： (19) 第六章中国研制大飞机的可行性 (19) 6.1回顾历史： (19) 6.2人才储备： (20) 6.3资金保证： (20) 6.4政府支持： (21) 第一章大飞机（军机、民机）的基本概念 1.1大飞机的基本概念： 所谓大飞机，一般是指起飞总重超过100吨的运输类飞机，包括军用大型运输机和民用大型运输机，也包括一次航程达到3000公
里的军用或乘坐达到100座以上的民用客机。其实，大飞机并非是用一个固定的标准来衡量的，在世界各地，在不同的地域上，人们对大飞机的衡量标准也不同。习惯上，我国把150座以上的客机称为大客机，而国际航运体系习惯上把300座位以上的客机称作“大型客机”，这主要由各国的航空工业技术水平决定的。 其特点是客舱大、寿命长、自重轻、成本低。据介绍, 作为国家中长期科技规划三个重大专项之一的“大飞机”专项, 是去年初与中国中长期科技规划战略研究项目一起启动的, 之所以称为“大飞机” ,而不是“干线飞机” , 是因为它还包括军用和民用的大型运输机。 1.2军机的基本概念： 1.2.1 概念：军用飞机是直接参加战斗、保障战斗行动和军事训练的飞机的总称。是航空兵的主要技术装备。主要包括：歼击机、轰炸机、歼击轰炸机、强击机、反潜巡逻机、武装直升机、侦察机、预警机、电子对抗飞机、炮兵侦察校射飞机、水上飞机、军用运输机、空中加油机和教练机等。飞机大量用于作战，使战争由平面发展到立体空间，对战略战术和军队组成等产生了重大影响。 1.2.2我国各主力军机：歼-10是我国第一架完全独立拥有自主知识产权的战斗机,于05年正式装备部队并在很短的时间内成建
飞 机 复 合 材 料 及 应 用
飞机复合材料及应用 【摘要】 本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能以及在飞机上的应用。复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用。 关键词：复合材料层合板 1概述 复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。它既可以保持原材料的某些特点，又具有原材料所不具备的新特征，并可根据需要进行设计,与单一均质材料相比它具有较多的优越性。复合材料飞机结构技术是以实现高结构效率和改善飞机气动弹性与隐身等综合性能为目标的高新技术,对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用，以“飞翼”著称的B-2巨型轰炸机的隐身飞行，舰载攻击∕战斗机耐腐蚀性改善和轻质化，对于客机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要作用，如波音777和空中客车A330∕A340上的应用，标志着飞机复合材料结构设计发展已经成熟。 我国从20世纪80年代开始，将复合材料应用技术研究列入重点发展领域。复合材料应用基本实现了从次承力构件到主承力构件的转变。复合材料的垂直安定面﹑水平尾翼、方向舵、前机身等构件已在多种型号飞机上使用，可以小批量生产。带整体油箱复合材料机翼等主承力结构已装机试飞成功。航空先进复合材料已进入实际应用阶段。 2 复合材料的探究 2.1 复合材料的构成 复合材料是由两种或两种以上材料独立物理相，通过复合工艺组合构成的新型材料。其中，连续相称为基体、分散相称为增强体，两相彼此之间有明显的界面。它既保留原组分材料的主要特点，并通过复合效应获得原组分材料所不具备
金属基复合材料
14.3.2金属-非金属复合材料 14.3.2.1金属基复合材料的性能特征 金属基复合材料与一般金属相比，具有耐高温、高比强度、高的比弹性模量、小的热膨胀系数和良好的抗磨损性能。与聚合物基复合材料相比，不仅剪切强度高、对缺口不敏感，而且物理和化学性能更稳定，如不吸湿、不放气、不老化、抗原子氧侵蚀、抗核、抗电磁脉冲、抗阻尼，膨胀系数低、导电和导热性好。由于上述特点，使金属基复合材料更适合空间环境使用，是理想的航天器材料，在航空器上也有潜在的应用前景。 14.3.2.2金属基复合材料的研究与应用 表14.101 和表14.102简要概述了各类金属基复合材料在航空航天领域的应用概况。金属基复合材料(MMC)的研究始于20世纪60年代，美国和俄罗斯在航空航天用金属基复合材料的研究应用方面处于领先的地位。20世纪70年代，美国把B/Al复合材料应用到航天飞机轨道上，该轨道器的主骨架是采用89种243根重150g的B/Al管材制成，比原设计的铝合金主骨架减重145g。美国还用B/Al复合材料制造了J-79和F-100发动机的风扇和压气机叶片，制造了F-106、F-111飞机和卫星构件，并通过了实验，其减重效果达20%～66%。苏联的B/AL复合材料与80年代达到实用阶段，研制了多种带有接头的管材和其他型材，并成功地制造出能安装三颗卫星的支架。由于B纤维的成本高，因此自70年代中期美国和苏联又先后开展C/AL复合材料的研究，在解决了碳纤维与铝之间不湿润的问题以后，C/AL复合材料得到应用。美国用C/AL制造的卫星用波导管具有良好的刚性和极低的热膨胀系数，比C/环氧复合材料轻30%.。随着SiC纤维和Al2O3纤维的出现，连续纤维增强的金属基复合材料得到进一步发展，其中研究和应用较多的是SiC/AL 复合材料。连续纤维增强金属基复合材料的制造工艺复杂、成本高，因此美国又率先研究发展晶须增强的金属基复合材料，主要用于对刚度和精度要求较高的航天构件上。美国海军武器中心研制的SiC p/Al复合材料导弹翼面已经进行了发射试验，卫星的抛物面天线、太空望远镜的光学系统支架也采用了SiC p/Al复合材料，其刚度比铝大70%，显著提高了构件的精度。 MMC对航天器的轻质化、小型化和高性能化正在发挥越来越重要的作用。 MMC在航空器上的应用也有很大潜力，英国研制了SCS-6/Ti的发动机叶片，大幅度提高了其承载能力和刚度，优化了气动载荷下的翼型。用SCS-6/Ti代替耐热钢制造的RB211发动机的压气机静子，可使该构件减重40%；采用SCS-6/Ti代替镍基高温合金制作压气机叶环结构转子，可是该部件减重80%；SiC f/Ti 也可望代替不锈钢在F-22试验型飞机制作活塞杆。 表14.101 B/Al复合材料的应用 表14.102 其他MMC的应用背景
超大型复合材料机体部件应用技术的新进展_飞机制造技术的新跨越
第30卷 第3期航 空 学 报 Vol 130No 13 2009年 3月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Mar. 2009 收稿日期:2007212212;修订日期:2008204210通讯作者:范玉青E 2mail :fanyq @https://www.wendangku.net/doc/984440873.html, 文章编号:100026893(2009)0320534210 超大型复合材料机体部件应用技术的新进展 ———飞机制造技术的新跨越 范玉青,张丽华 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191) N e w Development of Extra Large Composite Aircraft Components Application T echnology —Advance of Aircraft Manufacture T echnology Fan Yuqing ,Zhang Lihua (School of Mechanical Engineering and Automation ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100191,China ) 摘 要:从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A380为例介绍了两公司相应的技术策略:机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A3502XWB 上的用量提高到52%。最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。关键词:复合材料;飞机制造;波音787;空客A3502XWB 中图分类号:V261;T H166 文献标识码:A Abstract :Starting from the evolution of the application of composites to military and civil aircraft ,this article provided a survey of the application of composites in aircraft structures ,especially in the main structure of Boe 2ing 787.The specific issues in applying composites to f uselage components and the dispute between Boeing and Airbus were presented.The competition between Boeing and Airbus in applying composites was analyzed and their respective strategy was discussed using Boeing 787and A380as an example ,which dealt with the manu 2facture technology of monolithic f uselage composite components and the technology of using large 2scale com 2posite panels to assemble a f uselage.The new measures of Airbus in coping with the pressure of competition were presented ,which was using composite paneled f uselage skins and increasing the amount of composites on A3502XWB to 52%.Finally ,the uniqueness and complexity of composite component design and manufacture were summarized ,which could shed light on China ’s development of large 2scale aircraft.K ey w ords :composite materials ;aircraft manufacture ;Boeing 787;Airbus A3502XWB 2007年7月8日,世界航空界的目光聚集在 波音公司,目睹美国飞机制造巨头的首架波音787梦想客机的下线揭幕仪式。由于波音公司在研制波音787客机的过程中,大胆地采用了两大高技术措施:全球数字化协同制造和机体主要结构大规模采用复合材料,机身和机翼外壳几乎都由碳纤维增强复合材料制成。这种飞机和现今同等大小的飞机相比,能够节省燃油20%,在如今燃油价飞涨阶段,这一优点对航空业界有着不言而喻的意义,并且维修成本可节省30%,飞行的 舒适性也有很大提高。因此,国际上各航空公司期望着这一“绿色”客机能给空中旅行带来革命性的变化。这种中等尺寸的波音787客机是波音公司13年来的第1种全新研制的机型,它已展示在300家媒体面前,它不仅牵动着世界航空界的目光和航空旅行者的期待,对波音公司本身来说,也投入了大量资金和心血,实现了基于金属材料机体制造技术向基于复合材料机体制造技术的新跨越,直接涉及到波音与空客公司竞争的成败,关系到波音商用飞机公司的生存前景。对于波音的竞争对手空客公司来说,客机的超大型复合材料部件的制造技术是一个难以逾越的巨大挑战。而对
铝基复合材料综述
铝基复合材料综述 XXXXXXXXXXX 摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。 关键词铝基复合材料种类性能制备应用 Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys. Key words Al-based alloys kind performance approach use
1.引言 自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。2.铝基复合材料分类 按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 3.铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 4.铝基复合材料特点 在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、
新一代大型客机复合材料结构一体化设计的若干特点
2017年2月第20卷第4期 中国管理信息化 China Management Informationization Feb.,2017 Vol.20,No.4 新一代大型客机主要指使用效率（Efficiency）、经济（Economics）、超凡的乘坐舒适和便利（Extraordinary comfort and convenience）以及环保（Environmental）等综合性能比当前航线使用的客机有很大提高的大型商用运输机。 新一代大型客机的概念指导了波音787飞机和空客A350飞机的研发。新一代大型客机机体结构的突出特点是广泛采用复合材料，复合材料不仅减轻了飞机结构的质量、提高了飞机结构的使用寿命、降低了飞机的维护费用，还可以增加舱内压力和空气湿度，提高民用飞机的经济性、舒适性、环保性。先进复合材料在飞机结构上的应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能和由军机应用扩展到民机的发展道路。 基于近20多年经验的积累和认知的共识，按照适航规章要求，结合民机工程实际，聚合物基纤维增强复合材料在飞机结构中实现了规模化的应用。要实现复合材料结构规模化的应用，结构设计必须要着重考虑复合材料结构在使用寿命期内、安全使用前提下，同时取得较好的经济效益。结构设计在满足型号设计要求的同时，必须要考虑结构规模化应用对制造、使用、维修提出的新需求，在设计主导下，形成“设计—制造—使用—维修”一体化的结构设计，实现飞机复合材料结构的安全性与经济性。 1 新一代大型客机复合材料结构规模化应用的决策 新一代大型客机机体结构需用新材料的决策是依据未来20～30年内大型客机在总体布局上与目前航线飞机不会有很大差别，但在综合性能、安全性、经济性和环保要求等方面，将有很大的提高发展趋势和航线宽体客机的需求增长制定。 新一代大型客机复合材料结构规模化应用的决策主要考虑： ①实现飞机结构明显减重，机翼、机身主结构均采用复合材料制造；②中模量高强碳纤维/增韧环氧（180℃固化）复合材料已经过工程应用的验证，可满足大型客机主结构对材料的要求；③复合材料制造工艺技术革新和新工艺技术发展，可使复合材料大型结构件制造成本明显下降；④先进设计技术和设计—制造一体化、并行工程技术的应用，使结构设计结果更科学合理，可实现异地设计和制造，为复合材料结构制造国际化创造了条件；⑤半个世纪复合材料应用经验的积累和复合材料结构设计理念与验证技术的更新，使新一代飞机研制周期大大缩短、研发费用减少。 因此，波音公司率先将21世纪初开始研制的现代宽体客机波音787复合材料的用量占到机体结构重量的50%，大大提高了结构效率，与同级别客机相比可节省燃油20%。 空中客车公司于2005年5月宣布空客A350项目启动（A350后称A350XWB，extra Wide-Body，型号系列为A350-900）。空中客车公司面对竞争对手的压力和用户的要求，在A350项目推出的三年间，曾对A350的设计方案进行多次重要修改，选材方案的修改多达6次，包括机身由计划初期采用铝和铝锂合金，改为机体由复合材料制造。 2 复合材料关键结构设计的新问题 飞机机体复合材料结构规模化应用的核心问题是突破飞机机体关键结构复合材料的应用技术。 飞机机体关键结构是指其完整性对保持飞机总体安全是至关重要的承受飞行、地面和增压载荷的结构或元件（其破坏会降低飞机结构完整性）。如：机翼、中央翼盒、机身等主结构，对运输类飞机还包括主要结构元件。 复合材料在飞机机体关键结构的应用，首先要考虑飞机总体安全对结构完整性的要求。同时，还应考虑复合材料用量大幅增加带来的固有特性潜在的危害威胁，如对结构制造缺陷、闪电防护及使用、维修提出的一系列要求。复合材料关键结构设计的新问题、新考虑，大致可归纳为以下几方面。 （1）基于对飞行安全性的认知，机体结构疲劳和损伤容限设计是重点，按《运输类飞机适航标准》对复合材料飞机结构的要求，飞机在整个使用寿命期内将避免由于疲劳、环境影响、制造缺陷或意外损伤引起的灾难性破坏。特别关注考虑的是外来物冲击、目视可见损伤及其扩展特性，两垮元件损伤、结构胶结以及“地—空—地”或“飞—续—飞”重复加载引起的材料性能退化和“高—低—高”温度交变引起的附加应力。 （2）质量、产量、成本综合平衡的大型整体结构制造技术。主结构零构件大型化、整体化设计，如翼面加筋壁板、翼梁、机身筒壳壁板、地板梁、中央翼盒壁板等，对制造技术提出了应通过充分的试制和试验，并进行合格鉴定，以保证其可重复生产性和设计的可靠性，结构制造生产能力应满足飞机按期交付的需求。采用成熟的制造技术，如数字化、自动化（包括检测自动化）、减少或消除人为因素影响的制造方法，可实现降低结构的制造成本，设计、制造一体化是必由的技术途径。 （3）复合材料结构闪电防护设计的地位很重要。复合材料（以碳/环氧复合材料为代表）导电性比标准铝合金大约低1 000倍的固有特性，决定了如果不提供恰当的导电闪电防护，闪电雷击可能造成结构破坏或大面积损伤，并可能在金属液压管路、燃油系统管路和电缆诱导上产生高闪电电流和电压。闪电防护可细分为结构完整性、燃油系统、电气和电子系统三个方面进行考虑，复合材料结构闪电防护给飞机带来了重量和成本的增加。 （4）结构耐撞损性的设计要求。飞机的耐撞损性由机身的冲击响应特性控制。对耐撞损性，规章一直随着实际飞机运行使用得到的经验而改变。机群经验还没有证实需要整机级耐撞损性的标 新一代大型客机复合材料结构一体化设计的若干特点 何长川，梁 伟，杨乃宾 （北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100083） ［摘 要］大量采用复合材料结构是新一代大型客机机体结构设计的突出特点。飞机机体复合材料结构规模化应用的核心问题是突破飞机机体关键结构复合材料应用技术。复合材料结构一体化综合设计是在确保使用寿命期内、飞机安全飞行使用的前提下，实现复合材料结构规模化应用并取得良好经济的、多设计要素变量的综合设计。本文对波音787和空客A350复合材料机身的设计与制造进行了对比，分析了各自的优缺点。 ［关键词］大型客机；复合材料结构；机体结构；规模化应用；一体化设计 doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.091 ［中图分类号］V25 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194（2017）04-0139-03 ［收稿日期］2017-01-02 / 139 CHINA MANAGEMENT INFORMATIONIZATION
复合材料综述
金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用* 付鹏，郝旭暖，高亚红，谷玉丹，陈焕铭 （宁夏大学物理电气信息工程学院，银川750021） 摘要综述了国内外在金属基陶瓷复合材料制备技术方面的最新研究进展与应用现状，展望了 国内金属基陶瓷复合材料的未来发展。 关键词金属基陶瓷复合材料制备技术应用 Development and Future Applications of Metal Matrix Composites Fabrication Technique FU Peng, HAO Xunuan, GAO Yahong, GU Yudan, CHEN Huanming (School of Physics & Electrical Information Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021) Abstract Recent development and future applications of metal matrix compositesfabrication technique are reviewed and some prospects of the development in metal matrix composites at home are put forward. Key words metal-based ceramic composites, fabrication technique, applications 前言：现代高技术的发展对材料的性能日益提高，单料已很难满足对性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是其主要特点，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性[1—3]。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。 1 金属基陶瓷复合材料的制备 金属基陶瓷复合材料是20世纪60年代末发展起来的，目前金属基陶瓷复合材料按增强体的形式可分为非连续体增强（如颗粒增强、短纤维与晶须增强）、连续纤维增强(如石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等)[4—6]。实际制备过程中除了要考虑基体金属与增强体陶瓷之间的物性参数匹配之外，液态金属与陶瓷间的浸润性能则往往限制了金属基陶瓷复合材料的品种。目前，金属基陶瓷复合材料的制备方法主要有以下几种。 1.1 粉末冶金法 粉末冶金法制备金属基陶瓷复合材料即把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀后进行冷压烧结、热压烧结或者热等静压，对于一些易于氧化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结。颗粒增强、短纤维及晶须增强的金属基陶瓷复合材料通常采用此种方法，其主要优点是可以通过控制粉末颗粒的尺寸来实现相应的力学性能，而且，粉末冶金法制造机械零件是一种终成型工艺，可以大量减少机加工量，节约原材料，但粉末冶金法的生产成本并不比熔炼法低[7]。 1.2 熔体搅拌法 熔体搅拌法是将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半