飞机材料结构的百年变化
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飞机结构的发展趋势包括_
1. 轻量化和高强度:飞机结构将趋向使用轻量化材料,如碳纤维复合材料和铝镁合金,以减轻飞机的总重量,提高燃油效率和载重能力。
2. 智能化和自适应:飞机结构将趋向具备智能化和自适应能力,能够根据外部环境和飞行条件自动调整结构的形态和性能,以提高飞行安全性和舒适性。
3. 集成化和模块化:飞机结构将趋向更加集成化和模块化,能够实现快速装配和维护,同时降低成本和减少停飞时间。
4. 绿色和环保:飞机结构将趋向更加环保,采用可再生材料,并考虑减少对环境的污染和碳排放。
5. 高效能和革新性设计:飞机结构将趋向更高效能和革新性的设计,包括优化结构形态、增加翼展和减少阻力等措施,以提高飞机的性能和经济性。
拾级而上:中国航空材料的进阶之路作者:彭志琦来源:《大飞机》2017年第12期与一般人的印象不同,中国航空制造起步并不晚。
美国人莱特兄弟发明飞机是在1903年,1910年9月刘佐成、李宝焌就在北京南苑试制成功了中国第一架飞机。
1911年4月,从法国学成归来的秦国镛驾机在南苑上空进行了飞行表演。
那时候,飞机的主要材料是木和布。
但是,由于种种原因,中国的航空制造没能与国外同行齐头并进。
1970年 8月,当中国开始研制运10时,航空材料已经发生了天翻地覆的变化,铝、钛、钢等材料早已淘汰了木材和布料。
运10为形成我国的商用飞机设计规范打下了一定的基础,它70%的零部件采用铝质材料,其他一些新型材料,如复合材料和合金也得到了应用,包括钛、石墨和玻璃纤维,但规模较小。
2008年11月28日,我国自主研制的ARJ21-700飞机首飞成功。
ARJ21的铝合金用量是75%,钛合金用量是4.8%,复合材料用量是8%。
借助这个项目,我国在飞机材料的研究和使用方面又前进了一大步。
C919在材料领域的跨越体现国家意志、承载民族梦想的C919,是中国继运10之后自主研制的第二种国产大型客机。
2017年5月5日,C919首架机在上海圆满首飞。
C919的成功首飞,不仅标志着中国在民机设计、制造上实现了跨越式发展,同时也标志着中国在航空材料的研究和使用上实现了跨越式发展。
据C919总设计师吴光辉介绍,C919的机身蒙皮、长桁、地板梁结构等应用了第三代铝锂合金,用量达到机体结构重量的7.4%。
在第三代铝锂合金中,锂元素虽然只占重量的2%左右,但在同等承载条件下,却可以比常规铝合金减轻重量5%以上。
铝锂合金具有密度低、强度高且损伤容限性优良等特点,用它替代常规铝合金材料,能够使构件的密度降低3%,质量减少10%~15%,弹性模量提高6%,刚度提高15%~20%。
铝锂合金适用于机身框架、襟翼翼肋、整流罩、油箱、舱门等部位。
中国商飞公司通过C919大型客机项目,在大量验证试验基础上,建立了第三代铝锂合金材料规范体系、设计许用值体系和制作工艺规范体系,在第三代铝锂合金应用上实现了突破。
复合材料在飞机结构中所占比例越来越大发布日期:2012-11-19 来源:复材在线浏览次数:560 分享到:2011年2月,哈尔滨哈飞空客复合材料制造中心新厂房在哈尔滨市正式落成并投入使用。
新厂房将主要用于空客最新研发项目A350XWB主要复合材料零部件的生产制造。
空中客车公司(Airbus S.A.S.)在2012珠海航展上透露,作为首家在大型民用飞机上广泛采用复合材料的飞机制造商,空中客车公司与中国合作伙伴一起,在中国加强复合材料设计、制造和维修专业人才的培养,以适应复合材料在飞机上所占比重不断增加的新形势。
空客(北京)工程技术中心成立于2005年,其主要工作是参与目前及未来空客飞机项目的设计工作。
目前,工程中心的主要任务之一是承担空客最新机型A350XWB 宽体飞机在华百分之五工作份额所涉及的设计工作。
中国所承担的工作包,如方向舵和升降舵等都采用复合材料。
通过在国内及欧洲的培训,工程中心的年轻中国工程师在复合材料设计方面的能力得到了很大的提升,完全能够胜任所承担的工作,并为未来发展打下了坚实的基础。
2009年6月成立的哈飞空客复合材料制造中心是空中客车公司与哈尔滨飞机工业集团公司等中方合作伙伴共同建设的合资企业。
2009年12月,制造中心投入生产,开始制造空客单通道飞机方向舵等大部件。
2011年2月,哈尔滨哈飞空客复合材料制造中心新厂房在哈尔滨市正式落成并投入使用。
新厂房将主要用于空客最新研发项目A350XWB主要复合材料零部件的生产制造。
制造中心引进了当今世界最先进的复合材料制造设备和技术、采用最先进的工艺流程和业界最高的管理标准。
制造中心非常重视复合材料制造领域人才的培养。
随着工作的深入,将进一步加大人员培训的力度,很多员工已经送到欧洲去进行培训。
到2015年,该中心聘用的中国员工人数将达到600名。
由空中客车公司和中国航空器材集团公司共同建设的华欧欧航空培训中心根据形势需要,在华推出复合材料修理等新的培训课程,以更好地根据市场的发展满足客户的需求,为运营空客飞机的中国用户提供强有力的支援服务。
航空铝发展史航空铝,一种轻盈且强度高的铝材料,在航空工业中发挥着至关重要的作用。
随着航空技术的飞速发展,航空铝也经历了从无到有,从初级到高级的演变历程。
下面将详细回顾航空铝的发展历史。
一、航空铝的起源19世纪末,铝作为一种新兴材料开始进入人们的视野。
随着冶炼技术的进步,铝的产量逐渐增加,价格逐渐降低,使得铝在各个领域得到广泛应用。
20世纪初,人们开始尝试将铝用于飞机制造。
与传统木材、钢等材料相比,铝具有重量轻、强度适中、耐腐蚀等优点,为航空工业带来了新的可能性。
二、航空铝的初期发展在航空铝的初期发展阶段,主要关注的是提高铝的冶炼技术和生产工艺。
这个时期的航空铝主要是铸造铝合金,通过改变铝的成分和铸造工艺,以获得更强的力学性能。
然而,由于技术限制和材料科学的认知不足,这个时期的航空铝存在一些问题,如韧性不足、易断裂等。
三、航空铝的成熟期随着科技的不断进步,人们对于材料科学的理解越来越深入。
在20世纪中期以后,航空铝进入了成熟期。
这个时期的航空铝主要是变形铝合金,通过轧制、锻造等工艺获得所需形状和性能。
变形铝合金的出现大大提高了航空铝的力学性能和使用范围。
此外,人们还研究了各种新型的铝合金,如高强度铝合金、耐高温铝合金等,以满足航空工业日益增长的需求。
四、航空铝的未来展望随着环保意识的日益增强和能源消耗的持续增加,航空工业面临着越来越大的压力。
未来,航空铝的发展将更加注重环保、节能和可持续发展。
新型的航空铝材料将不断涌现,以提高飞机的燃油效率、降低排放、减轻机身重量等为目标。
例如,研究开发具有更高强度的轻质铝合金、耐腐蚀性能更好的铝合金、可回收再利用的环保型铝合金等。
同时,随着3D打印等先进制造技术的普及和应用,航空铝的生产工艺也将迎来新的变革。
3D打印技术可以实现复杂结构的快速成型,减少材料浪费和加工时间,进一步提高航空铝的生产效率和材料性能。
五、结语回顾航空铝的发展历程,我们可以看到一种材料从无到有,从初级到高级的演变过程。
航空材料的发展历程航空材料的发展历程可以追溯到19世纪中叶,随着人类飞行技术的逐渐成熟,对于材料性能的要求也越来越高。
在航空工业的发展过程中,航空材料一直扮演着重要的角色,它对于飞机的性能、安全以及经济性起着决定性的影响。
本文将从铝合金、复合材料和新型航空材料三个方面介绍航空材料的发展历程。
20世纪初,铝合金成为了航空材料的主力。
铝合金具有重量轻、强度高、抗腐蚀性好等优点,因此广泛应用在航空器件中。
1920年代,铝合金开始应用于航空领域,如用来制造机身、发动机罩等部件。
在第二次世界大战期间,铝合金的应用进一步发展,大部分军用飞机都采用了铝合金制造。
然而,随着航空技术的进步,传统的铝合金材料已经难以满足对于更高性能的要求,因此人们开始研究新型的航空材料。
由于铝合金的强度、刚度等特性的限制,20世纪中期开始,从钛合金、镍基合金到复合材料等新型材料开始在航空工业中应用。
钛合金具有高强度、优良的耐高温性能和抗腐蚀性能,因此被广泛应用于航空发动机和机身结构中。
镍基合金则因其在高温下具有优异的性能而成为涡轮引擎中不可替代的材料。
复合材料由于其重量轻、强度高以及优良的抗腐蚀性能而成为了航空材料的热门选择,尤其是碳纤维复合材料的应用在升级换代的飞机中越来越普遍。
除了传统的金属和复合材料外,近年来新型航空材料也受到了人们的关注。
例如,高温复合材料可以在极端环境下工作,在航空发动机中具有广泛的应用前景。
新型的隐身材料可以有效减少雷达捕捉,提高战机的隐蔽性。
此外,还有智能材料、自修复材料等也在不断研究发展之中。
总的来说,航空材料的发展历程经历了从铝合金到复合材料再到新型航空材料的转变。
随着航空技术的进步和对材料性能要求的不断提高,航空材料的研究也将继续向更高、更安全、更经济的方向发展。
在未来,航空材料的发展将更加注重绿色环保和可持续发展的理念,以满足社会对可持续航空交通的需求。
航空材料发展历程
航空材料的发展历程可以追溯到二战期间,当时航空工业对于轻巧、强度高且耐腐蚀的材料的需求推动了航空材料领域的研究与发展。
以下是航空材料发展的一些里程碑事件:
1. 金属材料时代:最早的飞机构件使用的是金属材料,如铝合金和钛合金。
这些金属材料具有优异的强度和耐久性,但相对较重,限制了飞机的性能。
2. 复合材料的引入:20世纪60年代,复合材料开始应用于航空工业。
复合材料由纤维增强材料(如碳纤维或玻璃纤维)与树脂基体组成,具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能。
这种材料的引入在提高航空器性能、减轻重量方面起到了重要作用。
3. 利用新材料提高性能:在过去几十年中,航空材料的研究重点逐渐转向了新材料的开发。
高温合金、超高强度钢、陶瓷基复合材料和纳米材料等新材料的应用,使得飞机具备更高的耐用性、更好的高温性能和更大的载荷能力。
4. 革命性的材料创新:最近的一些材料创新将航空领域推向了一个新的高度。
例如,碳纳米管材料的研究应用带来了先进的导电性和强度,用于改善飞机结构的性能。
此外,具有自修复功能的材料和轻质化材料的研究也为航空产业带来了巨大的潜力。
综上所述,航空材料的发展历程经历了金属材料时代、复合材
料的引入、利用新材料提高性能以及革命性的材料创新。
这些发展不断推动着航空领域的进步和创新。
航空发动机材料的发展史一、引言航空工业是现代工业的重要组成部分,而航空发动机则是航空工业的核心。
航空发动机材料作为航空发动机的重要组成部分,对于提高发动机性能、延长使用寿命、降低维修成本等方面都具有至关重要的作用。
本文将从历史的角度出发,介绍航空发动机材料的发展史。
二、早期材料在20世纪初期,飞行器的速度和高度都比较低,因此对于材料的要求也不是很高。
当时主要使用铝合金和钢材作为航空发动机的材料。
这些材料虽然比较简单,但是在当时已经能够满足基本需求。
三、第一次世界大战后第一次世界大战后,飞行速度和高度都有了明显提升,对于航空发动机材料也提出了更高的要求。
这时候开始使用镁合金和钛合金等新型材料来制造航空发动机。
这些新型材料具有更好的强度和耐腐蚀性能,在当时被广泛应用。
四、第二次世界大战期间第二次世界大战期间,航空发动机材料的发展达到了一个新的高峰。
在这个时期,开始使用高温合金和复合材料等新型材料来制造航空发动机。
这些新型材料具有更好的抗热性能和轻量化特点,使得航空发动机的性能得到了极大的提升。
五、现代航空发动机材料随着科技的不断进步,现代航空发动机材料也在不断地更新换代。
目前主要使用的航空发动机材料包括镍基合金、钛合金、复合材料等。
这些新型材料具有更好的强度、抗腐蚀性能和轻量化特点,可以满足现代高速飞行器对于航空发动机材料的严格要求。
六、结论总之,随着科技的不断进步,航空发动机材料也在不断地更新换代。
从最早期简单的铝合金和钢材到现在应用广泛的镍基合金、钛合金和复合材料等新型材料,每一次技术革新都为航空工业带来了新的发展机遇。
未来,航空发动机材料的发展将继续引领着航空工业向前发展。
航空材料简史航空材料发展史自从人类开始尝试遨游蓝天,"用什么样的材料制造飞机"就一直是摆在科学家和工程师面前的一个重大问题,航空材料的发展也在极大程度上推动了航空事业的进步。
一百多年来,航空材料的发展所经历的阶段如下表所示。
[1]航空材料发展历程在航空发展的萌芽阶段,木头和帆布是天然材料中强度、重量、刚度均最为适合制造飞机的。
因此,直至第一次世界大战,木头和帆布都是蓝天上的主宰。
其重量轻、强度、刚度较高,是自然材料中最适合用来制造飞机结构的。
到了一战末期,金属材料开始登上了航空舞台,以铝镁合金为主,辅以少量不锈钢的全金属飞机开始称霸地球的天空。
二战之后,随着人类对于飞行速度的不断追求,一种新的金属——钛合金,以其超高的刚度、强度以及耐高温性能登上了历史舞台。
当人们都认为金属材料将是未来天空的主宰时,复合材料的出现再一次掀起了一场航空材料革命,自20世纪七十年代至今,复合材料在飞机制造中的地位越来越强,并大有从配角变身主角的势头。
在诞生之初只被使用在尾翼、鸭翼等载荷较小位置的复合材料,如今在最新的客机——空客A350以及波音-787身上已经占到了50%左右,站上了主导地位。
波音787客机空客A350客机航空材料的特点作为航空器上所使用的材料,一方面,我们需要其"结实",另一方面,我们还希望其密度小,重量轻。
通常,我们用"强度"和"刚度"两个性质来描述一种材料"结实"与否,强度指的是受力后不易产生破坏的能力,而刚度指的是受力后不易产生变形的能力。
比如,蜘蛛丝可以承受非常大的拉力而不断裂,这意味着其强度很大,但是蛛丝受力后会产生很大的变形,因而其刚度很小;普通玻璃受力后变形很小,因此其具有较高的刚度,但是非常容易断裂破坏,因此我们用"强度低"来形容它。
在航空领域,通常,我们希望材料即具有高强度,又具有高刚度,还具有密度小,重量轻的特点,除此之外,工程师还提出了诸如耐高温,耐腐蚀,易加工等种种性能要求,可见,航空业对于材料的要求相当之高。