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干货ℱ复合材料在国内外航空航天领域的应用

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本文摘要:(由ai生成)

复合材料因性能优异,广泛应用于飞机、火箭等军事武器制造。其成功应用推动了重要工程结构上的使用,特别是在固定翼飞机、直升机等领域,复合材料已成为主承力结构材料,显著减轻质量并提高飞行性能。国内外飞机制造均大量采用复合材料,推动技术发展和成本降低。


由于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、耐烧蚀、透电磁波吸波隐蔽性、可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点,所以是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。

自从先进复合材料投入航空航天应用以来,有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔2100号并试飞成功;第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机,这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门,用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器。在这架代表近代最尖端技术成果的航天飞机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料;第三件是使用了先进复合材料作为主承力结构,制造了可载80人的波音-767大型客运飞机,不仅减轻了重量,还提高了飞机的各种飞行性能。

复合材料在这几个飞行器上的成功应用,表明了复合材料的良好性能和技术的成熟,对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。


         

图1 庞巴迪里尔45XR商务飞机




         

图2 哥伦比亚号航天飞机(右上角为失事现场图片)




         

图3 波音767




航空领域    


固定翼飞机,直升机,特种飞行器

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,对提高飞机技战术水平、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。

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21kg,减重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、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。

据波音公司估算,喷气客机质量每减轻1kg,飞机在整个使用期限内即可节省2200美元。

固定翼飞机

1)国外

国外大飞机复合材料使用情况可以通过以下图片展示出来:

         


         


         


                   

图4-7 国外大型飞机复合材料使用情况

轻型运动飞机(Light sport aircraftLSA)是美国FAA2004年提出的一种飞机分类名称。这类飞机最大起飞重量不超过600 kg(水上起降的飞机,最大起飞重量不超过650kg),最大平飞速度不超过222 km/h,失速速度不超过83 km/h,与传统的通用飞机失速不相上下,但耗油量减半,性能优于传统的通用飞机。单座或者双座,固定起落架,使用不可变桨矩,或只能地面调整桨矩的螺旋桨,动力装置限定为一台电动机,或活塞式发动机。轻型运动飞机对于维修方面的限制很少,可以由传统的飞机维修技术人员来维修和检查,可以由有修理轻型运动飞机资格的个人来维修,有些情况下也可以由飞行员或者所有者来检查和维修。

与客机和军用飞机相比,轻型运动飞机的尺寸比较小,结构简单,使用环境温和,适航标准也更宽松,所以复合材料在轻型运动飞机上的应用所受到的限制很小,并且制造成本更低。轻型运动飞机一般复合材料用量超过70%,属于全复合材料飞机。复合材料具有重量轻、高强度、高模量、结构功能一体化和设计制造一体化、易于成大型制品等优点,采用复合材料的部件可在满足同样强度要求的情况下,比金属材料的部件更轻。

美国研制的Lear Fan2100型飞机,是世界上第一架以先进复合材料为主的全复合材料飞机,主要以CFRPKFRP为主,结构减重达40%。中、法、新合作研制的轻型直升机EC120,除旋翼桨叶外,机身、垂尾、尾梁、水平安定面等多处结构也都用了复合材料。美国AASI公司研制的JETCRUZER5006座公务机,其整个机身有碳/环氧复合材料制成。

         

Lear Fan2100型飞机

轻型运动飞机市场很大,相关的制造商和机型也很多,目前该领域主要集中在欧美一些发达国家,知名的制造公司有美国塞斯纳飞机公司、西瑞设计公司(已被中航通飞收购)、奥地利钻石飞机公司、德国飞行设计公司等。其中德国飞行设计公司(Flight Design GmbH)是全球领先的、设计和生产轻型运动类飞机的专业厂家,所开发的CT系列轻型运动飞机基本均采用碳纤维复合材料机身。德国Remos飞机公司的生产的Remos飞机大部分是碳纤维复合材料,机翼是全碳纤维制造,重量轻,线条圆滑。该机型可能是目前为止制造工艺最先进的轻型运动飞机机型。奥地利钻石飞机公司DA42双子星飞机机翼等主要部件均采用复合材料结构。

         

塞斯纳飞机


         

西瑞飞机


         

奥地利钻石飞机公司da42“双子星”轻型飞机


         

德国Remos飞机

国外军机复合材料使用情况如下图所示:

         


         

国外军机复合材料使用情况




国内    


运-10(Y-10)是由上海飞机制造厂研制的四发动机喷气式运输机,是中国首次自行研制、自行制造的大型喷气式客机,基于当时的工业基础和条件,运-10基本没有采用复合材料件。



         

运-10(Y-10)



中国商用飞机有限责任公司研制的双发动机支线客机ARJ21翔凤客机,翼梢及次要结构件使用国产碳纤维减重。



         

 ARJ21翔凤客机



C919是中国自主设计的第二款国产大型客机。该机机翼,水平尾翼,中央翼盒使用了复合材料结构件。



         

C919



下面几张图是波音公司在中国的转包情况:



         

波音737中国转包情况




         

波音747中国转包情况




         

波音787中国转包情况



哈飞公司向空客集团成员和/或空客指定的供应商提交及交付空客A350及空客A320系列复合材料飞机零部件;参与现在或将来空客飞机项目的研究、开发、工业化及批量生产;为空客所指定的第三方制造、销售、经销和配送复合材料飞机零部件。公司与空客及其一级供应商签订了7个工作包合同,包括A320升降舵、方向舵、平尾梁和A350升降舵、方向舵、机腹整流罩、勤务舱门等。



         

中航西飞生产的首对空客A320机翼被装配在机身上



在国内,民机可以采用国际采购的方式来弥补技术上的差距,如飞机发动机、部分机载设备、零部件和材料都可以采用这种方式。但是民机制造中仍有许多东西是用钱买不来的,如飞机的总体设计能力,尤其是集成能力得靠经验上的累积。又如电传操作,这是核心技术,空客在这个方面已比较成熟,波音777也采用了电传操作技术,其中有些还是光传技术,这种技术人家是不会卖给我们的,只有靠自己研发。


近年来国内众多单位也逐渐开展了轻型运动飞机的研制工作,取得了一定的成果。2011年9沈飞公司与美国赛斯纳飞机公司签署合作协议,研制生产的我国第一架以铝合金机体为主的塞斯纳162轻型运动飞机,并成功首飞。


2012年南昌航空大学和珠海强恩玻璃钢制品有限公司联合研制的"红嘴欧"运动飞机,飞机结构采用碳纤维、玻璃纤维、环氧树脂、夹芯材料等制造成型,机身机翼等主体结构使用碳纤维复合材料,部分隔板为玻璃纤维复合材料。局部采用夹芯结构,外面蒙上碳纤维增强环氧树脂基复合材料表板,飞机结构90%为复合材料,使得飞机重量轻,强度好。



         

红嘴鸥 Black Headed Gull


 

波东风飞机有限公司自主研制了DF2型复合材料双座轻型运动飞机(如图24所示),于2008年7月进行了试飞。DF2型飞机主要承力结构均采用碳纤维材料,设计起点比较高,但仍然需要进一步的完善。



         

国产DF2全复合材料轻型运动飞机



2013年6月由沈阳航空航天大学自主研制的电动双座轻型运动飞机在沈阳法库财湖机场成功首飞。这款新型清洁能源飞机以锂电池为能源,运用全碳纤维复合材料结构机体,与传统油动飞机相比,具有造价低廉、节能环保、安全实用的特点。辽宁太平洋航空工业有限公司引进美国设计的KIS-2,KIS-4均为复合材料的2座和4座轻型飞机,其结构以玻璃钢为主,局部如机翼大梁,平尾等处就用了碳纤维复合材料。



         

蓝鹰AD200飞机



目前,复合材料夹层结构在轻型飞机上应用最为广泛。夹层结构通常是用比较薄的板材作面板,比较厚的密度小的材料作芯子胶接而成,如蜂窝夹层结构或泡沫夹层结构。


国内军机复合材料使用情况如下图所示:



         

国内军机复合材料使用情况



来源:复材知道 


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来源:碳纤维生产技术
疲劳断裂复合材料通用航空航天材料无人机
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首次发布时间:2024-08-04
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关注ℱ军事工业用新材料大盘点

本文摘要:(由ai生成)新材料是科技进步的关键,军用新材料对国防工业尤为重要。铝合金、镁合金、钛合金等军用结构材料在航空、航天、兵器等领域广泛应用,推动武器装备轻量化与性能提升。各国高度重视军用新材料技术发展,以保持军事领先地位。来源:军民两用新材料大会、材料+新材料,又称先进材料(Advanced Materials),是指新近研究成功的和正在研制中的具有优异特性和功能,能满足高技术需求的新型材料。人类历史的发展表明,材料是社会发展的物质基础和先导,而新材料则是社会进步的里程碑。材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重要的领域,它与信息技术、生物技术、能源技术一起,被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者,新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。军用新材料的战略意义 军用新材料是新一代武器装备的物质基础,也是当今世界军事领域的关键技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术,是现代精良武器装备的关键,是军用高技术的重要组成部分。世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视,加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提。军用新材料的现状与发展 军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类,主要应用于航空工业、航天工业、兵器工业和船舰工业中。1军用结构材料1.1 铝合金铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点,作为结构材料,因其加工性能优良,可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等,以充分发挥材料的潜力,提高构件刚、强度。所以,铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长梁和珩条等;在航天工业中,铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料,在兵器领域,铝合金已成功地用于步兵战车和装甲运输车上,最近研制的榴弹炮炮架也大量采用了新型铝合金材料。近年来,铝合金在航空航天业中的用量有所减少,但它仍是军事工业中主要的结构材料之一。铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温,在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金(2000系列)和铝锌镁合金(7000系列)。新型铝锂合金应用于航空工业中,预测飞机重量将下降8~15%;铝锂合金同样也将成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。随着航空航天业的迅速发展,铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低成本的问题。1.2镁合金镁合金作为最轻的工程金属材料,具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及导热性好,电磁屏蔽能力强、以及减振性好等一系列独特的性质,极大的满足了航空航天、现代武器装备等军工领域的需求。镁合金在军工装备上有诸多应用,如坦克座椅骨架、车长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机机滤座、进出水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等车辆零部件;战术防空导弹的支座舱段与副翼蒙皮、壁板、加强框、舵板、隔框等弹箭零部件;歼击机、轰炸机、直升机、运输机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星等飞船飞行器构件。镁合金重量轻、比强度和刚度好、减振性能好、电磁干扰、屏蔽能力强等特点能满足军工产品对减重、吸噪、减震、防辐射的要求。在航空航天和国防建设中占有十分重要的地位,是飞行器,卫星,导弹,以及战斗机和战车等武器装备所需的关键结构材料。1.3钛合金钛合金具有较高的抗拉强度(441~1470MPa),较低的密度(4.5g/cm3),优良的抗腐蚀性能和在300~550℃温度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性,是一种理想的轻质结构材料。钛合金具有超塑性的功能特点,采用超塑成形-扩散连接技术,可以以很少的能量消耗和材料消耗将合金制成形状复杂和尺寸精密的制品。钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等;在航天工业中,钛合金主要用来制作承力构件、框架、气瓶、压力容器、涡轮泵壳、固体火箭发动机壳体及喷管等零部件。50年代初,在一些军用飞机上开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等结构件;60年代,钛合金在飞机结构上的应用扩大到襟翼滑轧、承力隔框、起落架梁等主要受力结构中;70年代以来,钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加,从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机,它在F14和F15飞机上的用量占结构重量的25%,在F100和TF39发动机上的用量分别达到25%和33%;80年代以后,钛合金材料和工艺技术达到了进一步发展,一架B1B飞机需要90402公斤钛材。现有的航空航天用钛合金中,应用最广泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年来,西方和俄罗斯相继研究出两种新型钛合金,它们分别是高强高韧可焊及成形性良好的钛合金和高温高强阻燃钛合金,这两种先进钛合金在未来的航空航天业中具有良好的应用前景。随着现代战争的发展,陆军部队需求具有威力大、射程远、精度高、有快速反应能力的多功能的先进加榴炮系统。先进加榴炮系统的关键技术之一是新材料技术。自行火炮炮塔、构件、轻金属装甲车用材料的轻量化是武器发展的必然趋势。在保证动态与防护的前提下,钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。155火炮制退器采用钛合金后不仅可以减轻重量,还可以减少火炮身管因重力引起的变形,有效地提高了射击精度;在主战坦克及直升机-反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造,这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。在过去相当长的时间里,钛合金由于制造成本昂贵,应用受到了极大的限制。近年来,世界各国正在积极开发低成本的钛合金,在降低成本的同时,还要提高钛合金的性能。在我国,钛合金的制造成本还比较高,随着钛合金用量的逐渐增大,寻求较低的制造成本是发展钛合金的必然趋势。1.4 复合材料先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料,它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等,它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用。先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点,是国防工业发展中最重要的一类工程材料。1.4.1 树脂基复合材料树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点,广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体,加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料;而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物,它可以溶解在溶剂中,也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体,冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能,制备工艺容易实现,原料丰富。在航空工业中,树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道;在航天领域,树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料,而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体,也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强,微波介电性能佳,尺寸稳定性好等优点,广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。1.4.2金属基复合材料金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性在军事工业中得到了广泛的应用。铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体,而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类,其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证,如用于F-16战斗机作为腹鳍代替铝合金,其刚度和寿命大幅度提高。碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时,还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性,成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等;碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点,可用于制作火箭、导弹构件,红外及激光制导系统构件,精密航空电子器件等;碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能,是高推重比发动机的理想结构材料,目前已进入先进发动机的试车阶段。在兵器工业领域,金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托,反直升机 / 反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件,以此来减轻战斗部重量,提高作战能力。1.4.3 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体,与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的总称,由此可见,陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料,它克服了陶瓷材料固有的脆性,已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面。陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点,是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好,但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀,它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。1.4.4 碳-碳复合材料碳-碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材料。碳-碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点。碳-碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要求紧密相关。80年代以来,碳-碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段。在军事工业中,碳-碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳-碳鼻锥帽和机翼前缘,用量最大的碳-碳产品是超音速飞机的刹车片。碳-碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材料,具体而言,它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。目前先进的碳-碳喷管材料密度为1.87~1.97克/厘米3,环向拉伸强度为75~115兆帕。近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳-碳复合材料。随着现代航空技术的发展,飞机装载质量不断增加,飞行着陆速度不断提高,对飞机的紧急制动提出了更高的要求。碳-碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好,用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。1.5 超高强度钢超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200兆帕和1400兆帕的钢,它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开发的。超高强度钢大量用于制造火箭发??压容器和一些常规武器。由于钛合金和复合材料在飞机上应用的扩大,钢在飞机上用量有所减少,但是飞机上的关键承力构件仍采用超高强度钢制造。目前,在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M,是典型的飞机起落架用钢。此外,低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体材料。超高强度钢的发展趋势是在保证超高强度的同时,不断提高韧性和抗应力腐蚀能力。1.6先进高温合金高温合金是航空航天动力系统的关键材料。高温合金是在600~1200oC高温下能承受一定应力并具有抗氧化和抗腐蚀能力的合金,它是航空航天发动机涡轮盘的首选材料。按照基体组元的不同,高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类。发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金制造,典型的牌号有A286和Inconel 718。70年代,美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56发动机涡轮盘,大大增加了它的推重比,使用温度显著提高。从此,粉末冶金涡轮盘得以迅速发展。最近美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘,与粉末高温合金相比,工序简单,成本降低,具有良好的锻造加工性能,是一种有极大发展潜力的制备技术。1.7 钨合金钨的熔点在金属中最高,其突出的优点是高熔点带来材料良好的高温强度与耐蚀性,在军事工业特别是武器制造方面表现出了优异的特性。在兵器工业中它主要用于制作各种穿甲弹的战斗部。钨合金通过粉末预处理技术和大变形强化技术,细化了材料的晶粒,拉长了晶粒的取向,以此提高材料的强韧性和侵彻威力。我国研制的主战坦克125Ⅱ型穿甲弹钨芯材料为W-Ni-Fe,采用变密度压坯烧结工艺,平均性能达到抗拉强度1200兆帕,延伸率为15%以上,战技指标为2000米距离击穿600毫米厚均质钢装甲。目前钨合金广泛应用于主战坦克大长径比穿甲弹、中小口径防空穿甲弹和超高速动能穿甲弹用弹芯材料,这使各种穿甲弹具有更为强大的击穿威力。1.8 金属间化合物金属间化合物具有长程有序的超点阵结构,保持很强的金属键结合,使它们具有许多特殊的理化性质和力学性能。金属间化合物具有优异的热强性,近年来已成为国内外积极研究的重要的新型高温结构材料。在军事工业中,金属间化合物已被用于制造承受热负荷的零部件上,如美国普奥公司制造了JT90燃气涡轮发动机叶片,美国空军用钛铝制造小型飞机发动机转子叶片等,俄罗斯用钛铝金属间化合物代替耐热合金作活塞顶,大幅度地提高了发动机的性能。在兵器工业领域,坦克发动机增压器涡轮材料为K18镍基高温合金,因其比重大、起动惯量大而影响了坦克的加速性能,应用钛铝金属间化合物及其由氧化铝、碳化硅纤维增强的复合轻质耐热新材料,可以大大改善坦克的起动性能,提高战场上的生存能力。此外,金属间化合物还可用于多种耐热部件,减轻重量,提高可靠性与战技指标。1.9 结构陶瓷陶瓷材料是当今世界上发展最快的高技术材料,它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷。结构陶瓷材料因其耐高温、低密度、耐磨损及低的热膨胀系数等诸多优异性能,在军事工业中有着良好的应用前景。近年来,国内外对军用发动机用结构陶瓷进行了内容广泛的研究工作,如发动机增压器小型涡轮已经实用化;美国将陶瓷板镶嵌在活塞顶部,使活塞的使用寿命大幅度提高,同时也提高了发动机的热效率。德国在排气口镶嵌陶瓷构件,提高了排气口的使用效能。国外红外热成像仪上的微型斯特林制冷机活塞套和气缸套用陶瓷材料制造,其寿命长达2000小时;导弹用陀螺仪的动力靠火药燃气供给,但燃气中的火药残渣对陀螺仪有严重损伤,为消除燃气中的残渣并提高导弹的命中精度,需研究适于导弹火药气体在2000oC下工作的陶瓷过滤材料。在兵器工业领域,结构陶瓷广泛应用于主战坦克发动机增压器涡轮、活塞顶、排气口镶嵌块等,是新型武器装备的关键材料。目前,20~30毫米口径机关枪的射频要求达到1200发/分以上,这使炮管的烧蚀极为严重。利用陶瓷的高熔点和高温化学稳定性能有效地抑制了严重的炮管烧蚀,陶瓷材料具有高的抗压和抗蠕变特性,通过合理设计,使陶瓷材料保持三向压缩状态,克服其脆性,保证陶瓷衬管的安全使用。2军用功能材料2.1 光电功能材料光电功能材料是指在光电子技术中使用的材料,它能将光电结合的信息传输与处理,是现代信息科技的重要组成部分。光电功能材料在军事工业中有着广泛的应用。碲镉汞、锑化铟是红外探测器的重要材料;硫化锌、硒化锌、砷化镓主要用于制作飞行器、导弹以及地面武器装备红外探测系统的窗口、头罩、整流罩等。氟化镁具有较高的透过率、较强的抗雨蚀、抗冲刷能力,它是较好的红外透射材料。激光晶体和激光玻璃是高功率和高能量固体激光器的材料,典型的激光材料有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石、半导体激光材料等。2.2 贮氢材料某些过渡簇金属,合金和金属间化合物,由于其特殊的晶格结构的原因,氢原子比较容易透入金属晶格的四面体或八面体间隙位中,形成了金属氢化物,这种材料称为贮氢材料。在兵器工业中,坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经常充电,此时维护和搬运十分不便。放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响,在寒冷的气候条件下,坦克车辆起动速度会显著减慢,甚至不能起动,这样就会影响坦克的作战能力。贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性能好、寿命长等优点,在未来主战坦克蓄电池发展过程中具有广阔的应用前景。2.3 阻尼减震材料阻尼是指一个自由振动的固体即使与外界完全隔离,它的机械性能也会转变为热能的现象。采用高阻尼功能材料的目的是减震降噪。因此阻尼减震材料在军事工业中具有十分重要的意义。国外金属阻尼材料的应用主要集中在船舶、航空、航天等工业部门。美国海军已采用Mn-Cu高阻尼合金制造潜艇螺旋桨,取得了明显的减震效果。在西方,阻尼材料及技术在武器上的应用研究工作受到了极大的关注,一些发达国家专门成立了阻尼材料在武器装备上应用的研究机构。80年代后,国外阻尼减震降噪技术有了更大的发展,他们借助CAD/CAM在减震降噪技术中的应用,把设计-材料-工艺-试验一体化,进行了整体结构的阻尼减震降噪设计。我国在70年代前后进行了阻尼减震降噪材料的研究工作,并取得了一定的成果,但与发达国家相比,仍有一定的差距。阻尼材料在航空航天领域主要用于制造火箭、导弹、喷气机等控制盘或陀螺仪的外壳;在船舶工业中,阻尼材料用于制造推进器、传动部件和舱室隔板,有效地降低了来自于机械零件啮合过程中表面碰撞产生的振动和噪声。在兵器工业中,坦克传动部分(变速箱,传动箱)的振动是一个复杂振动,频率范围较宽,高性能阻尼锌铝合金和减振耐磨表面熔敷材料技术的应用,大大减轻了主战坦克传动部分产生的振动和噪声。2.4 隐身材料现代攻击武器的发展,特别是精确打击武器的出现,使武器装备的生存力受到了极大的威胁,单纯依靠加强武器的防护能力已不实际。采用隐身技术,使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效,从而尽可能地隐蔽自己,掌握战场的主动权。抢先发现并消灭敌人,已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身技术的最有效手段是采用隐身材料。国外隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间,起源在德国,发展在美国并扩展到英、法、俄罗斯等先进国家。目前,美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域,许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身;在常规兵器方面,美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作,并陆续用于装备,如美国M1A1坦克上采用了雷达波和红外波隐身材料,前苏联T-80坦克也涂敷了隐身材料。隐身材料有毫米波结构吸波材料、毫米波橡胶吸波材料和多功能吸波涂料等,它们不仅能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发现、跟踪和命中的概率,而且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效果。近年来,国外在提高与改进传统隐身材料的同时,正致力于多种新材料的探索。晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、手性材料、导电高分子材料等逐步应用到雷达波和红外隐身材料,使涂层更加薄型化、轻量化。纳米材料因其具有极好的吸波特性,同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点,发达国家均把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和开发;国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期,研究单位主要集中在兵器系统。经过多年的努力,预研工作取得了较大进展,该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身,如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。目前,世界上正在研制的第四代超音速歼击机,其机体结构采用复合材料、翼身融合体和吸波涂层,使其真正具有了隐身功能,而电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已开始在隐身飞机上涂装;美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、热稳定性好的隐身材料。可以预见,隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要的课题之一。我国军用新材料的产业化趋势 应用于军事工业中的新材料均具有较高的技术含量,因而军用新材料的产业化速度普遍比较缓慢。世界范围内的军用新材料正向功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。由此看来,钛合金、复合材料和纳米材料在军事工业中具有十分良好的产业化前景。1钛合金钛是20世纪五十年代发展起来的一种性能优异、资源丰富的金属。随着军事工业对高强低密度材料需求的日益迫切,钛合金的产业化进程显著加快。在国外,先进飞机上钛材重量已达到飞机结构总重的30~35%。我国在“九五”期间,为满足航空、航天、舰艇等部门需要,国家把钛合金作为新材料的发展重点之一,预计“十五”将成为我国钛合金新材料新工艺的高速发展时期。2复合材料军事高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料,在这种条件下??国在先进复合材料的研制和应用方面取得了很大的成绩,它在“十五”期间的发展会更加引人注目。21世纪复合材料的发展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。3纳米材料纳米技术是现代科学和技术相结合的产物,它不仅涉及到现有的一切基础性科学技术领域,而且在军事工业中有着广泛的应用前景。随着未来战争突然性的急剧增大,各种探测手段越来越先进。为适应现代化战争的需要,隐身技术在军事领域占有十分重要的地位。纳米材料对雷达波的吸收率较高,从而为兵器隐身技术的发展提供了物质基础。特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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