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新材料在航空领域的应用与开发研究引言航空工业作为现代科技进步的重要标志之一，对新材料的应用有着高度需求。
近年来，随着新材料技术的不断发展与创新，航空领域对新材料的需求量逐渐增加。
本文将从航空领域所需的新材料特点出发，探讨其应用与开发研究的现状，并展望未来的发展趋势。
一、金属基复合材料的应用与开发研究金属基复合材料是一种将金属基体与增强相结合的材料，具有优异的力学性能和抗疲劳性能，广泛用于航空领域。
目前，研究人员致力于进一步开发创新型的金属基复合材料，以满足不同航空器的需求。
例如，利用纳米颗粒增强的金属基复合材料可以提高材料的强度和韧性，进而提升航空器的整体性能；研制具有可控疲劳裂纹扩展性能的金属基复合材料，则可以延长航空器的使用寿命。
二、聚合物基复合材料的应用与开发研究聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，通过添加纤维增强相制成的材料，在航空领域也有广泛应用。
这类材料具有重量轻、抗冲击性好等特点，适用于制造航空器的机身、著陆架等关键部件。
目前，聚合物基复合材料的开发研究主要集中在提高材料的热稳定性、耐燃性以及耐腐蚀性等方面。
研发出具有良好耐高温性能的聚合物基复合材料可以应用于发动机罩等高温区域；而提高材料的耐腐蚀性能，则可以降低航空器的维护成本。
三、纳米材料的应用与开发研究随着纳米技术的不断发展，纳米材料在航空领域的应用也越来越广泛。
纳米材料具有小尺寸效应、表面效应等独特性质，不仅可以提高材料的力学性能，还可以改善材料的导热性能和电磁性能。
例如，利用碳纳米管等纳米材料可以制造出轻质、高强度的复合材料，用于制造航空器的骨架结构；纳米涂层技术可以提高航空器的防腐蚀性能，延长其使用寿命。
目前，纳米材料的开发研究主要关注于如何合理控制纳米材料的组织结构和形貌，以实现材料性能的精确调控。
四、生物材料的应用与开发研究生物材料是近年来在航空领域崭露头角的一类新材料。
生物材料可以通过仿生设计和组织工程等方法制备，具有良好的可塑性和可降解性，适用于制造航空器的腐蚀防护层、多功能涂层等。
1、航空发动机关键材料技术的发展现状与趋势航空发动机是在高温、高压、高速旋转的恶劣环境条件下长期可靠工作的复杂热力机械，在各类武器装备中，航空发动机对材料和制造技术的依存度最为突出，航空发动机高转速、高温的苛刻使用条件和长寿命、高可靠性的工作要求，把对材料和制造技术的要求逼到了极限。
材料和工艺技术的发展促进了发动机更新换代，如：第一、二代发动机的主要结构件均为金属材料，第三代发动机开始应用复合材料及先进的工艺技术，第四代发动机广泛应用复合材料及先进的工艺技术，充分体现了一代新材料、一代新型发动机的特点。
在航空发动机研制过程中，设计是主导，材料是基础，制造是保障，试验是关键。
从总体上看，航空发动机部件正向着高温、高压比、高可靠性发展，航空发动机结构向着轻量化、整体化、复合化的方向发展，发动机性能的改进一半靠材料。
据预测，新材料、新工艺和新结构对推重比12~15一级发动机的贡献率将达到50%以上，从未来发展来看，甚至可占约2/3。
因此，先进的材料和制造技术保证了新材料构件及新型结构的实现，使发动机质量不断减轻，发动机的效率、使用寿命、稳定性和可靠性不断提高，可以说没有先进的材料和制造技术就没有更先进的航空发动机。
正是由于不断提高的航空发动机性能对发动机材料与制造技术提出了更高的要求，各航空发达国家都投入了大量人力、物力和财力，对航空发动机用的材料与制造技术进行全面、深入的研究，取得了丰硕的成果，满足了先进发动机的技术要求。
从国外航空发动机材料与制造技术的发展情况来看，加强材料与制造技术工程化研究是缩短发动机研制周期、减少应用风险、增加研制投入产出比最有效的途径之一。
因此从20世纪70年代至今，航空发达国家安排了一系列的发动机材料和制造技术工程化研究计划，规划了整个材料和制造技术领域的发展方向，为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础。
如美国综合高性能发动机技术(IHPTET)计划、下一代制造技术计划(NG-MTI)，美国空军复合材料经济可承受性计划(CAI)等（见表1)。
航空制造技术发展现状与展望我这人吧，平时对这航空制造技术也挺好奇，总觉得那是个特别高大上的事儿。
我有个朋友在航空厂子里上班，那家伙，每次见他都穿着一身蓝色的工作服，戴着个大眼镜，镜片厚得像酒瓶底，眼睛却透着股子机灵劲儿。
咱先说说这航空制造技术的现状。
就拿飞机的机身制造来说吧，现在那材料可讲究了。
我听我那朋友讲，以前啊，大多是些普通金属，现在呢，复合材料用得越来越多。
他跟我说：“你可别小看这复合材料，又轻又结实，就像给飞机穿上了一件轻便又坚固的铠甲。
”我就问他：“这玩意儿就没点毛病？”他推了推眼镜，笑着说：“那肯定有啊，这材料加工起来可不容易，就像伺候一个娇贵的大小姐，得小心翼翼的。
”再看看那发动机制造，这可是飞机的心脏啊。
现在的发动机技术，那是越来越精密了。
我听说有些发动机的零件，加工精度得达到头发丝儿的几分之一。
我就想象着那些工人师傅们，趴在那机床前，眼睛瞪得大大的，大气都不敢出，就怕一个不小心，这零件就废了。
那车间里，灯光白晃晃的，机器嗡嗡作响，整个气氛严肃得很。
说到这航空制造技术的展望啊，我觉得那肯定是朝着智能化、自动化的方向去了。
我跟我那朋友闲聊的时候，他也说：“以后啊，说不定很多活儿都让机器人干了。
”我就打趣道：“那你们这些工人不得失业咯？”他哈哈一笑，说：“哪能呢，机器人再厉害，也得有人指挥啊，就像打仗，将军还是得人来当。
”而且啊，我想这航空制造技术以后肯定会让飞机飞得更快、更稳、更安全。
说不定以后的飞机，就像科幻电影里演的那样，悄无声息地就穿梭在天空中了。
这航空制造技术的发展啊，就像一场没有尽头的马拉松，大家都在拼命往前跑，就盼着能创造出更多的奇迹，让咱这蓝天之上，有更多了不起的飞行器翱翔。
新型材料在航空航天领域的发展现状与未来展望航空航天行业一直是科技创新的重要领域之一，而新型材料的应用正不断推动着航空航天技术的发展。
新型材料的出现使得飞机和航天器的性能有了质的飞跃，提高了安全性、降低了成本，并为未来的发展提供了无限的可能。
在过去，航空航天领域主要使用铝合金和钛合金等传统材料。
然而，随着科技的发展，一些新型材料开始蓬勃发展，并逐渐应用于飞机和航天器的结构中。
最具代表性的是复合材料，如碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料。
这些材料具有优良的强度和轻质化特性，能够极大地减轻飞机和航天器的重量，提高载荷能力和燃油效率。
复合材料在空中客车A350、波音787梦幻飞机等商用飞机中的应用广泛。
以A350为例，它使用了53%的复合材料，使得飞机整体重量减轻了25%。
这不仅降低了燃料消耗，还提升了飞机的航程。
类似地，波音787的机身和机翼也使用了大量的复合材料，使得飞机具有更好的强度和刚度，减少了疲劳裂纹的产生。
除了复合材料，新型金属材料也在航空航天领域取得了长足的进展。
比如镍基合金和钛铝合金等材料，具有优异的高温和耐腐蚀性能，很适合用于发动机涡轮叶片和航天器的结构部件。
此外，新型陶瓷材料也被应用于高温部件，如航天器的热防护瓦片和发动机的热隔离板，能够有效地保护结构不受高温气流和火焰侵蚀。
未来，新型材料在航空航天领域的应用将继续拓展。
随着人类对宇宙探索的热情不断升温，航天器的需求将越来越大。
为了达到更高的飞行速度和更远的航程，超轻型材料和高温材料的需求将不断增加。
此外，智能材料和柔性材料也将成为未来的发展方向。
智能材料能够感知环境变化并做出相应的响应，具有巨大的潜力应用于航天器的自适应控制。
柔性材料则能够适应不同形状和变化的应力，对于增加飞机和航天器的结构韧性和抗损伤能力具有重要意义。
然而，新材料的应用也面临一些挑战。
首先，新材料的研发和生产成本较高，对航空航天公司和制造商提出了更高的要求。
新材料在航空航天领域的发展现状与未来趋势分析随着科技的不断发展与进步，新材料在航空航天领域中扮演着越来越重要的角色。
新材料的应用不仅使飞机更加轻量化，提升飞行性能，同时也能提高航空器的耐用性和安全性。
本文将从几个角度来分析新材料在航空航天领域的发展现状与未来趋势。
首先，新材料在航空领域的应用带来了飞机材料的革命。
传统的铝合金材料已经不能满足飞机轻量化和节能的要求，而新材料的出现填补了这一空白。
例如，碳纤维复合材料因其高强度、轻量化和优异的耐腐蚀性能，成为了替代铝合金的首选材料。
相比传统材料，碳纤维复合材料的比强度大约是铝合金的3倍，而密度只有其1/4。
因此，使用碳纤维复合材料制造飞机部件可以大幅度减轻飞机自重，提高燃料经济性。
目前，全碳纤维复合材料飞机已经成为航空技术领域的研究热点，新的制造工艺和材料技术也在不断涌现。
其次，新材料的应用也在航天领域取得了显著的成果。
随着航天技术的不断发展，要求航天器在极端的条件下依然能够正常运行。
而新材料的应用可以提高航天器的耐用性和抗环境风险的能力。
例如，耐高温材料的研发应用可以应对航天器再入大气层时所面临的高温侵蚀和热应力问题。
另外，新材料在航天器的结构强度、导热性能、电磁屏蔽、阻燃等方面的应用也得到了广泛关注。
未来，随着航空航天技术的不断发展，新材料的研究和应用将迎来新的挑战和机遇。
一方面，新材料的研发将更加注重多功能化和多层次的设计。
例如，多功能兼容材料的开发将会使航空器更加智能化和自适应，能够适应不同的工作环境和任务需求。
另一方面，新材料的研究将更加注重可持续发展和环保性能。
目前，环保材料的研究已经成为材料科学重要的研究方向之一，航空航天领域也将受益于其成果。
此外，随着人类对太空探索的渴望不断增长，航天器的载人能力也得到了显著提升。
未来，新材料在航空航天领域的应用将更加注重载人航天器的安全性和舒适性。
随着新材料技术的进步，未来的航天器将能够提供更好的生活条件和工作环境，使探索太空变得更加便捷和可行。
航空产业的发展现状及未来趋势航空产业是现代社会重要的基础产业之一，随着全球经济发展和人民生活水平的提高，航空产业发展迅速，对国民经济和社会发展起着重要作用。
本文将从航空产业的发展现状、发展趋势和未来展望等方面展开讨论，以期为读者提供相关的知识和信息。
一、航空产业的发展现状近年来，随着全球经济的发展和人口的增长，航空产业迎来了快速的发展时期。
据统计，全球航空产业年增长率约为5%，航空业是继信息技术和生物技术之后的第三大高科技产业，已成为推动世界经济发展的新动能。
1.航空产业的规模不断扩大航空产业的规模不断扩大，国际航空运输协会（IATA）数据显示，2019年全球航空运输业的总收入达到8380亿美元，与2018年相比增长了3.5%。
而据国际民航组织（ICAO）预测，到2037年，全球航空旅客将达到45亿人次，增速将达到4.1%。
2.航空技术的不断进步航空技术的不断进步是航空产业发展的重要推动力量。
先进的飞机设计、航空材料、航空燃料等技术的运用，使得航空器的性能、效率和安全性能均得到了显著提升。
例如，新一代的大型客机和中远程飞机的逐渐投入使用，大大缩短了旅行时间，同时也提高了飞行的安全性。
3.航空公司的市场竞争加剧航空公司的市场竞争日趋激烈，航空公司之间的价格战、服务战和营销战无时不在进行。
随着航空市场的逐渐饱和，航空公司不仅需要在价格上竞争，更需要在服务质量、飞行安全等方面进行差异化战略的制定。
4.航空旅游业的快速发展随着人民生活水平的提高和旅游消费的增长，航空旅游业也得到了迅速的发展。
国际航协数据显示，2018年，全球民航业的国际旅客达到61.5亿人次，同比增长了6.7%。
随着“新基建”和“一带一路”倡议的不断深入实施，未来航空旅游业的增长潜力将进一步释放。
二、航空产业的未来趋势未来，随着全球经济的进一步融合和一体化发展，航空产业将继续保持较快的增长势头，有望成为推动经济发展和国际交往的重要动能。
新材料在航空制造中的应用研究与展望摘要：随着科技的不断发展，新材料在航空制造行业中扮演着越来越重要的角色。
本文将对新材料在航空制造领域的应用进行研究和展望，并探讨其对航空业的未来发展所带来的影响。
关键词：新材料，航空制造，应用，展望引言航空制造是一个高度复杂且要求高精度的行业。
在过去几十年中，航空旅行已经得到了极大的发展，成为人们出行的重要方式。
为了满足不断增长的航空需求，航空制造必须不断创新和进步。
新材料的应用就是航空制造中一项重要的创新。
一、新材料在航空制造中的应用1.1 高强度轻质材料航空飞行时对飞机结构所施加的压力极大，而轻量化又是提高飞机性能和节省燃料的关键。
高强度轻质材料，如碳纤维复合材料、铝合金等，成为了航空制造中的热门材料。
这些材料具有比传统金属材料更高的强度和刚度。
通过采用这些新材料，航空工程师可以减轻飞机重量，提高飞行性能，降低燃料消耗。
1.2 耐高温材料随着航空技术的发展，飞机飞行高度不断提高，面临更加严酷的气候条件和高温环境。
传统的金属材料难以应对这种极端条件，因此耐高温材料的应用逐渐成为一个研究热点。
刚玉陶瓷、高温合金等材料被广泛应用于航空发动机和喷气推进系统中，以提供更高端的性能和可靠性。
1.3 防腐蚀材料航空器在飞行过程中，会受到诸多环境因素的影响，如湿度、雨水、盐霜等。
这些因素会导致航空器的金属部件发生腐蚀。
因此，为了延长航空器的使用寿命和降低维护成本，防腐蚀材料的应用变得尤为重要。
腐蚀抗性较好的聚合物材料和高分子复合材料正逐渐取代传统的金属材料，成为航空制造中的首选。
二、新材料应用在航空制造中的研究现状2.1 轻量化技术的研究如前所述，轻量化是航空制造的一项重要目标。
目前，航空工程师们正密切关注碳纤维复合材料和铝合金等轻量化材料的研究和应用。
通过不断改进材料的制备工艺和加工技术，提高材料的性能和可靠性，为飞机的设计和制造提供更多的选择。
2.2 耐高温材料研究随着航空技术的不断进步，飞机对发动机的要求也越来越高。
航空航天技术的发展现状与未来发展趋势近年来，随着科技的不断进步和人们对空中交通的要求与日俱增，航空航天技术发展迅速并逐渐成为人类社会前进的重要推动力。
本文将就航空航天技术的发展现状和未来发展趋势进行探讨。
一、航空航天技术的发展现状1. 飞行器制造技术的进步随着制造技术的革新和材料科学的突破，飞行器制造技术不断改进。
由传统的铝合金材料发展到复合材料和先进的3D打印技术应用，这为飞行器在稳定性、燃料效率和舒适性方面都带来了显著的提升。
2. 自动化飞行系统的应用自动化飞行系统是近年来航空领域的重要突破，它极大地增强了飞行安全性和操作效率。
自动驾驶技术不仅应用于商业航班，而且在军事和科研领域也发挥着重要作用。
预计未来还将进一步发展出自主飞行的无人机和载人航天飞行器。
3. 航空航天发动机的创新航天技术的发展除了制造技术的进步外，推动力系统的创新也是关键因素。
燃料经济性、推力和减少对环境的污染是发动机设计的主要考虑因素。
航空领域正在积极研究使用更为环保的燃料，如生物燃料和氢燃料电池等，以减少对大气的污染和气候变化的影响。
二、航空航天技术的未来发展趋势1. 超音速和超超音速客机的发展目前，超音速飞行仅限于军事和科研领域，但随着技术的进步，超音速和超超音速客机将逐渐进入商业领域。
这将使长途飞行时间大幅缩短，提高旅行效率，但同时也需要克服飞行速度带来的挑战，如噪音和空气阻力的问题。
2. 空天交通的发展随着城市化进程的加速和人口的增长，地面交通压力将进一步增加。
因此，空天交通将成为解决未来交通问题的有效手段。
无人机和飞行车辆的商业化应用将逐渐普及，并开辟了其他科技公司和航空航天企业参与的新领域。
3. 太空探索与移民人类对太空探索的热情从未减退，随着技术的进步，太空探索将进入新的发展阶段。
除了继续深入探索太阳系和外星行星外，人类甚至开始考虑在其他天体上建立永久居住点。
目前，一些私人公司已经开始了私人太空旅行和太空移民的计划，这将给人类带来更大的空间和发展机遇。
航空产业的发展现状及未来趋势一、现状分析随着全球化的深入和经济的快速发展，航空产业成为了全球经济的重要组成部分。
航空产业的发展与经济增长、科技创新和市场需求紧密相关。
目前，航空产业的发展现状可以从以下几个方面进行分析。
1.航空市场需求随着人们生活水平的提高和旅游需求的增加，航空市场需求持续增长。
不仅是商务差旅，休闲旅游也成为了航空市场的重要组成部分。
此外，航空货运也在不断增长，满足了全球化贸易和物流的需求。
2.航空公司竞争随着全球化的深入，航空市场逐渐形成了一些大型航空公司和航空联盟。
这些航空公司之间的竞争非常激烈，他们通过航线、服务、机队优化等方面的竞争来争夺市场份额。
3.航空技术创新航空技术创新是航空产业发展的重要动力。
包括飞机设计、航空材料、航空电子等方面的技术创新，不仅提高了航空器的性能，也降低了运营成本和提高了安全水平。
4.环保与可持续发展航空产业一直受到环保和可持续发展的约束。
航空业在减少碳排放、噪音污染和资源利用方面进行了大量的工作，包括推动航空燃油的可再生能源替代、提高飞机燃油效率等方面的工作。
二、未来趋势在全球化和信息化的背景下，航空产业将面临更多的挑战和机遇。
未来的航空产业发展将呈现以下趋势。
1.市场需求的增长随着全球经济的进一步发展和人民生活水平的提高，航空市场需求将继续增长。
特别是亚洲、中东和非洲地区的市场需求将呈现出更快的增长速度。
2.航空技术的创新航空技术的创新将继续推动航空产业的发展。
包括新型材料、燃机技术、飞行控制系统、无人机技术等方面的创新将为航空产业带来更大的发展空间。
3.航空产业的一体化发展航空产业将逐渐向一体化发展。
航空公司、航空制造商、航空服务商等将逐渐形成合作共赢的关系，实现航空产业价值链的整合。
4.环保与可持续发展环保与可持续发展将成为航空产业的主要发展方向。
航空产业将加大在环保设施的投入，推动航空产业的可持续发展。
5.商业模式的创新随着互联网的发展和信息技术的应用，航空公司将通过创新的商业模式来提高市场竞争力。
航空材料的发展现状与展望-----08032328冯绍红摘要:航空材料的发展事关我国近后几年甚至几十年航空技术的发展,间接关乎我国空中力量的强弱.对于科技迅猛发展的现代,空中力量是一个国家强弱的标志.在此介绍现代飞机和先进航空发动机的技术特点及其对材料和构件的需求;指出了目前我国航空材料研究中的关键技术,分析了其中一些主要项目的发展现状、存在问题和解决办法;最后,对我国航空材料和热工艺技术的发展方向、前景做以分析并提出个人的建议。
关键字:航空材料;复合材料;合金;超高强度钢航空材料的发展现状科学技术发展和国民经济建设的重要支柱以及21 世纪关系国家安全、推动技术进步和经济发展的三大关键技术之一是先进材料。
航空材料及其制备技术是航空三大关键技术之一,是材料科学领域中富有创造性和开拓性的一个重要分支,是航空现代化和高科技发展的物质基础。
先进材料还是航空技术的先导,先进飞机和航空发动机对材料技术的依赖性越来越大,航空材料是航空产品的技术性能、生存能力、延长寿命和提高经济可承受能力的基础,属于优先发展、重点突破的关键技术。
航空材料的研发和应用水平也反映着一个国家的综合实力和科技水平。
从1980年到2000年以来,现代航空材料取得了重大发展,图1示出飞机用结构材料的发展趋势,目前国外干线客机和军用飞机各类材料结构质量分数占比见表1 ,2 ,从表中可以看出,现役飞机仍以铝合金为主,钢用量趋于减少,钛合金用量显著增加,树脂基复合材料已在承力件上得到全面应用。
现代飞机结构材料的发展目标和趋势是:(1) 大力发展高比强度、高比刚度、高韧性、高损伤容限、抗腐蚀、耐环境侵蚀的先进结构材料和整体结构,实现结构减重。
(2) 积极开发结构承载和功能一体化的材料,要求采用既承受气动载荷又具备多功能的复合材料和结构。
(3) 加强新材料疲劳寿命、耐久性和损伤容限的研究,提高机体的使用寿命和可靠性。
(4) 重视新材料及相关制备技术的研究,不断降低制造和维护成本。
航空发动机的发展方向是提高涡轮前温度、提高压气机增压比和降低油耗,我国在发动机推重比发展趋势方面与世界各国的差距仍有逐渐扩大的趋势。
现代航空发动机结构材料总的发展趋势是,2000年以后传统金属材料和工艺将逐渐被一些新型材料和先进制造技术所代替。
其主要的特点是:(1) 采用带热障涂层和各种先进冷却方式的单晶涡轮叶片或无冷却陶瓷、C/ C 复合整体涡轮,以适应1 650 ℃以上使用和满足减重要求。
(2) 减少压气机级数,采用整体结构;用高温钛合金和金属间化合物制造低展弦比无凸台空心叶片。
(3) 燃烧室采用短环形、浮壁结构,由金属发展到陶瓷浮壁、整体结构。
(4) 长寿命和降低全寿命成本,如F - 119 发动机总寿命为8 000h ,发动机冷端和热端寿命要求分别达到4 000 h 和2 000 h 。
对航空材料的要求高性能飞机的特点是具备优良的战术技术性能和机动性;安全可靠、长寿命以及具有良好的使用维护经济性,所以对新一代材料有以下要求:(1) 高性能。
要求质轻、高强、高模、高韧、抗疲劳、抗振动、耐高温、耐低温、抗氧化、耐腐蚀。
(2) 高功能、多功能。
用于雷达、火控和隐身结构的材料要求有高功能的光、电、热、磁特性;承载和功能一体化以及多功能化。
(3) 复合化。
采用树脂基、金属基、陶瓷基、C/ C 复合材料。
(4) 智能化。
采用智能材料和结构,能实现自诊断、自适应、自修复和寿命预测。
(5) 近净形化。
采用精铸件、精锻件、喷射成形件等工艺。
(6) 低成本。
包括原材料、制备和加工、检验、评价以及维修方面的低成本。
(7) 环境相容性。
要求低、无污染,有良好的可回收性。
发展中亟待突破的技术问题(1)钛合金构件钛合金在飞机和发动机中的使用量也是衡量其先进性的重要指标之一,如美国第四代飞机F - 22 机体钛合金使用量已达41 % ,其中,特大型钛合金整体锻件已广泛用于机翼和后机身;而美国先进的V2500 发动机钛合金用量也达到了30 %左右。
我国航空用钛量与国外相差悬殊,进一步提高用量并赶上国际先进水平是目前我国钛合金应用研究的主要目标之一。
美国在第四代飞机中采用了一批大型整体钛合金锻件,如F - 22 机身4 个承力框锻件重量达2～3 t ,机翼隔框锻件投影面积达5. 53 m2 ,而国内生产中等强度钛合金锻件的投影面积较小。
这几年我国在高性能新型钛合金的开发和应用研究方面取得了一定的成绩, 特别是对高强度钛合金如TB6 、TB5 、TB8 、TC18 等和中强高韧钛合金如TA15 、TC4 、TC6等的研究已积累了较丰富的应用经验,但目前仍要加强新型高强、高韧、可焊、损伤容限型钛合金(如TC21钛合金) 和中等强度高损伤容限型钛合金(如Ti - 6Al- 4V EL I) 等的研究和在新机种上的应用。
我国耐热钛合金开发和应用方面也落后于工业发达国家,英国的600 ℃高温钛合金IMI834 已正式应用于多种航空发动机,美国的Ti - 1100 也开始用于T55- 712 改型发动机,而我国用于制造压气机盘、叶片的高温钛合金尚在研制中。
其他像纤维增强钛基复合材料、抗燃烧钛合金、Ti - Al 金属间化合物等虽都立项开展研究,但要实际应用还需一个过程。
为此,建议加速进行适应损伤容限设计需要的高强韧钛合金TC21 合金和中等强度高损伤容限型Ti -6Al - 4V 的研制和工程化应用研究;发展大型整体模锻件的锻造技术、焊接技术,包括大型锻件的拼焊、超塑成形/ 扩散连接技术及相应的装备;加强高温钛合金成分和热工艺研究,解决蠕变抗力和热稳定性的最佳匹配问题;进一步开展大型、薄壁、复杂钛合金精密铸件的研究和应用;发展钛合金构件防热耐冲刷的涂层等技术。
(2)铝合金构件铝合金是飞机结构的主要材料。
F - 22 战机采用了当时(20 世纪80 年代初) 最先进的高纯铝合金7050和2124 ,用作机体内部的框架、加强肋、腹板、接头件以及某些蒙皮等结构,其重量占前机身的50 % ,中机身的35 % ,后机身的22 % ,中央翼的23 %。
90 年代以来,航空铝合金发展有了重大突破, 研制成功了以7150 、2524 、7055 、2197 为代表的高性能铝合金,满足了新型低成本、多用途第四代战机设计选材的需要。
1995 年开始研制、2000 年首飞的F - 35 战机上采用了这几种最先进的铝合金,其总用量在30 %以上,仍占主体地位。
图3为飞机用铝合金屈服强度近年来的发展情况及其应用年份。
80 年代以来,采用快速凝固粉末冶金工艺研制成功Al - Fe - Mo - Si 系高温铝合金,它们在150～350 ℃间仍具有良好性能。
高温铝合金、阻尼铝合金已取得初步成果,复杂薄壁精密铝合金铸件已用于直升机粒子分离器前机匣(薄壁整体封闭型腔、无余量三层结构) 和飞机进气道唇口铸件( Ⅰ类,ZL114A 合金) 。
图3在我国,已经在“七五”、“八五”期间对几类先进铝合金进行了一定程度的开发,但还需进行工程化应用研究。
另外,大规格的铝合金预拉伸厚板的需求进一步扩大,国内现有的设备还需进一步改造。
为此建议,根据第四代机的需求,重点开展抗拉强度在700 MPa以上超高强度铝合金和耐温在150～300 ℃以上的高温铝合金;重点加强现有铝合金的标准体系研究和新型铝合金工程化研究,开展大规格厚板应用和熔炼、轧制、热压、等温锻造工艺研究;加强铸造铝合金及其复杂薄壁零件的研究;筹建大吨位锻压设备,用于大规格型材、挤压壁板和大规格厚板的生产。
(3)超高强度钢超高强度钢在现役飞机中约占5 % ,用于重要承力件中,如起落架、翼梁、承力螺栓等,其中第I 类为低合金超高强度钢,具有中、高强度和中等断裂韧性,如GC - 4 , ЗИ643 ,300M ,35NCD 等;第II 类为高Co 的低碳二次硬化高强度钢,严格控制Si ,Mn 含量,采用碳化物二次硬化,具有超高强度、高断裂韧性和低裂纹扩展速率( d a/ d N ) ,如AF1410 ,Aermet 100 ,Aermet310 等;第III 类为新型耐蚀高强度钢、新型不锈钢和齿轮钢。
表3列出几类超高强度钢的典型力学性能,表3其中Aermet100 比强度高,已成功用作F - 22 飞机起落架,近年来俄罗斯研制出的超高强度钢КВК42 和ВКС240 强度已分别达到2200 MPa 和2 400 MPa 。
我国超高强度钢已成功用于现役机种,使起落架的寿命达到与机体同寿。
强度更高、韧性更好的超高强度钢正在应用研究中。
近期还发展了两种具有高断裂韧性的超高强度耐蚀不锈钢和齿轮钢。
当前除应进一步提高超高强度钢大型锻件的质量外,还应加强新一代机种所需要的超高强度钢、新型高强度耐蚀钢、齿轮钢以及σb≈2 400 MPa 的超高强度钢的研究。
(4)复合材料构件复合材料的使用量及其性能水平已成为飞行器先进性的重要特征之一,如美国F - 22 飞机树脂基复合材料用量达24 % ,F - 35 (J SF) 飞机的复合材料使用量达30 %。
我国的复合材料研制和开发能力已初具规模,并能生产出一些大型复合材料构件,但用量较低,在应用基础研究方面尚待加强;树脂尚未形成系列,质量不稳定;国内基础工业也较薄弱,一些增强材料尚不能完全立足于国内;复合材料与制造技术的工程化问题尚待解决,过去的成果大部分是在试验室完成的,缺乏工业化、批量生产和规模化生产的经验,低成本的复合材料制备和加工技术研究还不够深入。
20 世纪70 年代以来,在金属、陶瓷、石墨基体中添加不同增强剂的高温结构复合材料已取得重要发展,图4示出了高温结构复合材料的使用温度范围。
(1) 金属基复合材料。
近年来,以铝、钛及金属间化合物为基的复合材料也取得了重大进展,如以SiC 纤维增强的Ti 、Ti3Al 、TiAl 和MoSi 为基的复合材料。
采用高熔点金属间化合物Nb3Si 或Nb5Si3 加入Nb 合金中形成Nb - Si 自生复合材料,工作温度较单晶高200 ℃,密度比第三代单晶低25 % ,也是一种有应用前景的金属基复合材料。
(2) 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Si3N4 基复合材料,用于制造静止零件,如加力筒体、燃烧室瓦片、喷嘴、火焰稳定器等以代替高温合金。
增韧Si3N4 、SiCF/ SiC 和图4CF/ SiC 复合材料分别耐温1 350 ℃、1 450 ℃和1 650 ℃,国内外已制成多种全陶瓷模拟件,并在进行试验评定。
(3) C/ C 复合材料。
C/ C 复合材料由于具有密度小于2 g/ cm3 、耐温高于2 000 ℃以及高强度、高模量、高导热性、低膨胀率以及良好的抗蠕变和抗热冲击性等优点,已成功应用于火箭发动机的喷管喉衬、隔热瓦片和飞机刹车块等部位,这种材料主要的弱点是抗氧化性差,因此,发展新的涂层系列将成为C/ C 复合材料应用于高推比发动机的关键技术。
