??? 方圳16年專業(yè)生產(chǎn)玻璃鋼車模、酒瓶模型、影視道具等仿真模型的定制開發(fā)，今天向大家分享一下復(fù)合材料在航空模型飛機(jī)中的應(yīng)用，先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐疲勞、多功能、各向異性和可設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性等優(yōu)異性能，自上世紀(jì)60年代年問世以來(lái)，先進(jìn)復(fù)合材料很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天四大材料之一。下面方圳玻璃鋼對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用情況和其優(yōu)異性能做一簡(jiǎn)要介紹。
1．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以顯著提高戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)性能
??? 為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航及隱身的要求，進(jìn)入90年代后，西方的戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)一例外的大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，用量一般都在25％以上，有的 甚至達(dá)到35％，結(jié)構(gòu)減重效率達(dá)30％。應(yīng)用部位幾乎遍布飛機(jī)的機(jī)體，包括垂直尾翼、水平尾翼、機(jī)身蒙皮以及機(jī)翼的壁板和蒙皮等。如美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F- 22復(fù)合材料用量已達(dá)到24%，而EF2000更高達(dá)43％，EF2000除鴨翼外，機(jī)身、機(jī)翼、腹鰭、方向舵都采用復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)的“濕潤(rùn)”表面的 70％為復(fù)合材料，陣風(fēng)也是如此，70％的“濕潤(rùn)”表面為復(fù)合材料，約947kg之重。F-35的復(fù)合材料幾乎覆蓋了整個(gè)飛機(jī)外表面。
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2．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以明顯增大軍用運(yùn)輸機(jī)有效載重量
??? C-17是上世紀(jì)先進(jìn)大型軍用運(yùn)輸機(jī)的典型代表，C-17是1986年設(shè)計(jì)的，限于當(dāng)時(shí)的水平，復(fù)合材料主要用于次要結(jié)構(gòu)，如雷達(dá)罩、整流罩、操縱面、 口蓋、翼梢小翼蒙皮等，復(fù)合材料重約7258k，占該機(jī)結(jié)構(gòu)重量8.1%，樹脂基復(fù)合材料從非承力結(jié)構(gòu)發(fā)展到次承力構(gòu)件。在復(fù)合材料中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 約占結(jié)構(gòu)重量6%，玻璃纖維塑料、Kevlar纖維增強(qiáng)材料占2%。而歐洲EADS正在研究的A400M屬于新一代大型軍用運(yùn)輸機(jī)，在材料應(yīng)用技術(shù)上有了 一個(gè)新的飛躍，主要表現(xiàn)為先進(jìn)復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的35%~40%。與C-17不同的是，在A400M上，碳纖維復(fù)合材料用于一些主承力結(jié)構(gòu)，而C-17 的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量比僅為8%，且主要用于操縱面及次要結(jié)構(gòu)。A400M的機(jī)身仍由傳統(tǒng)的鋁合金制成，但卻開創(chuàng)了采用碳纖維復(fù)合材料制造大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼的 先河，機(jī)翼長(zhǎng)達(dá)19米，令業(yè)界頗為矚目。
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3．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料是高超聲速飛行器能否上天的關(guān)鍵因素
??? 高超聲速技 術(shù)主要指研制高超聲速（Ma>5）飛行器所需的相關(guān)技術(shù)。近中期將采用的材料將包括陶瓷纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料、陶瓷及碳碳復(fù)合材料以及輕質(zhì)隔熱 材料。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)身將需要導(dǎo)熱率高的材料，如碳碳復(fù)合材料。更遠(yuǎn)的將來(lái)，將需要先進(jìn)型的材料，如鈹基復(fù)合材料之類的超輕材料以及纖維增強(qiáng)陶瓷之類超 高溫材料。
??? 以NASA開發(fā)的第二代可重復(fù)使用航天飛機(jī)為例，油箱內(nèi)襯為復(fù)合材料。在推進(jìn)系統(tǒng)中將采用陶瓷基復(fù)合材料發(fā)射斜軌、金屬基 復(fù)合材料機(jī)匣以及樹脂基復(fù)合材料涵道。此外還將采用復(fù)合材料電子設(shè)備艙。第三代可重復(fù)使用航天飛機(jī)將為一智能結(jié)構(gòu)，具有自適應(yīng)熱防護(hù)系統(tǒng)及智能化無(wú)損檢測(cè) 裝置，自愈合的飛機(jī)結(jié)構(gòu)及表面。發(fā)動(dòng)機(jī)材料將可能使用經(jīng)冷卻的復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料加力燃燒室殼體、超高溫復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料將包括超高溫樹脂基復(fù)合 材料、低成本耐腐蝕熱防護(hù)系統(tǒng)復(fù)合材料液氧油箱。美國(guó)高超聲速飛行器X-43是由超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力裝置的驗(yàn)證機(jī)。其油箱/機(jī)身由 石墨/環(huán)氧框架及蒙皮組成。蒙皮外再覆以熱防護(hù)系統(tǒng)。飛機(jī)上翼面熱防護(hù)層為可剪裁的先進(jìn)絕緣氈，下翼面為內(nèi)多層屏蔽絕緣物。后者是正處于開發(fā)中的防熱材 料，由C/SiC外面板，中介陶瓷屏以及先進(jìn)聚酰亞胺泡沫內(nèi)襯。中介陶瓷屏覆以貴金屬以降低其熱輻射。機(jī)翼及垂尾由鈦基復(fù)合材料制成，并有一個(gè)由二硼化鋯 制成的前緣。
4．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料能大幅增加無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)載油量
??? 國(guó)外目前研制的無(wú)人機(jī)以復(fù)合材料和傳統(tǒng)鋁合金的混合結(jié)構(gòu)為主。如“捕食者”“全球鷹”等均是如此。其中“全球鷹”的機(jī)翼和尾翼由石墨/環(huán)氧復(fù)合材料制造，而機(jī)身仍采用傳統(tǒng)鋁合金，復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的65%。
??? 無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)航空武器的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。為滿足采購(gòu)政策、隱身性能、機(jī)動(dòng)性、生存力對(duì)材料的特殊需求，為盡可能地降低結(jié)構(gòu)重量、提高燃油裝載量， 無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是大量應(yīng)用復(fù)合材料。以波音公司的X-45A為例，除機(jī)身的龍骨、梁和隔框采用高速切削鋁合金外，其余的機(jī)體結(jié)構(gòu)都是由復(fù) 合材料制成。諾斯羅普?格魯門公司的X-47A的機(jī)體除一些接頭采用鋁合金外，整個(gè)機(jī)體幾乎全部采用了復(fù)合材料。
5．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以極大提升民用飛機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力
??? 民用飛機(jī)方面，復(fù)合材料的使用對(duì)于增大客艙濕度進(jìn)而改善乘客的舒適度、降低油耗、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/艙內(nèi)材料的一體化、減少零部件數(shù)量、簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝及縮短 總裝時(shí)間等方面潛力巨大。波音、空客兩家大型民用客機(jī)制造商均將其視為實(shí)現(xiàn)新飛機(jī)機(jī)體減重及降低直接運(yùn)營(yíng)成本的有效途徑。如在新一代波音787飛機(jī)上，復(fù) 合材料用量將達(dá)到50%，創(chuàng)大型客機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用記錄。歐洲空中客車公司在新近研制的A380型寬體客機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)上均采用了先進(jìn)復(fù)合材料，用量 已占結(jié)構(gòu)重量的25%，其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料占22%，另采用了3%玻璃纖維增強(qiáng)的鋁合金層板復(fù)合材料Glare。在機(jī)翼前緣等處還采用了聚苯硫醚熱塑 性復(fù)合材料。該公司目前正在研制的新一代客機(jī)A350，復(fù)合材料的應(yīng)用比例也將達(dá)到39%。
6．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料在減重的同時(shí)很好地改善了直升機(jī)抗墜毀性
??? 直升機(jī)采用復(fù)合材料不僅可減重，而且對(duì)于改善直升機(jī)抗墜毀性能意義重大，因而復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更廣、用量更大，不僅機(jī)身結(jié)構(gòu)，而且由槳葉和槳 轂組成的升力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)也大量采用樹脂基復(fù)合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升機(jī)均大量采用了復(fù)合材料，如頃轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)V- 22用復(fù)合材料近3000公斤，占結(jié)構(gòu)總重的45％左右，法德合作研制的“虎”式武裝直升機(jī)，復(fù)合材料用量更高達(dá)77％。
7．先進(jìn)復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上也得到成功應(yīng)用
??? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料取代金屬材料可以有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，降低燃料消耗，增加航程。有資料報(bào)導(dǎo)，發(fā)動(dòng)機(jī)減輕1磅重量，從而使飛機(jī)可 減輕10～20磅重量。從70年代初，復(fù)合材料就成為TF39、F103特別是GE36UDF發(fā)動(dòng)機(jī)研制計(jì)劃的一部分，在這些發(fā)動(dòng)機(jī)上積累了經(jīng)驗(yàn)之后，在 GE90的風(fēng)扇葉片上成功使用了高性能韌化環(huán)氧復(fù)合材料。此外，在F119風(fēng)扇機(jī)匣、遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)及反推力裝置上也廣泛采用了樹脂基復(fù)合材 料。近期開發(fā)的波音787的動(dòng)力裝置GEnx的風(fēng)扇機(jī)匣及風(fēng)扇葉片，將由碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料制成。除減重外，復(fù)合材料還表現(xiàn)出良好的韌性及耐蝕性。
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??? 至于陶瓷基復(fù)合材料等超高溫復(fù)合材料，目前已在M88、F119等發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管等靜止件上獲得應(yīng)用。
隨著飛行器向高空、高速、無(wú)人化、智能化、低成本化方向發(fā)展，復(fù)合材料的地位會(huì)越來(lái)越重要。國(guó)外預(yù)計(jì)，在下一代飛機(jī)上，復(fù)合材料將扮演主角，目前采用全復(fù)合材料飛行器的計(jì)劃正處于醞釀之中。
