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神奇的复合材料

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神奇的复合材料

我刚看报纸上说:现在评价一架飞机的先进与否,重要一条标准就是使用了多少复合材料。我们的新轰八就是大量使用了碳-碳纤维复合材料,所以提升了自身的载油量和载弹量;而且,使用复合材料还容易实现其隐形。。。 
请教智者:这种复合材料果真这样神奇吗?多谢啦!

我刚看报纸上说:现在……
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  • 2010-02-27 10:19:48
      其实,复合材料的含义很广,也并不神奇,你身边就有啊,例如,时下人们最喜爱的休闲方式之一羽毛球,其所用的球拍价格超过300元左右的,基本就是碳-碳纤维构成的,强度高、弹性好,重量轻(但是,一旦坏了,基本上就玩完了)。
        复合材料有很多种,而飞机上应用复合材料主要还是碳-碳纤维复合材料,正如你所言,已经成了一架飞机先进程度的标志。
      为什么?因为人们总是想让飞机像鸟儿一样的轻盈,总是想以最小的结构重量实现最大的负荷、最强的结构、最好的弹性、最好的结构重量比、最小的能量消耗,而复合材料的出现,恰恰部分满足了人们的愿望,碳-碳纤维复合材料就是其最重要的代表。 自飞机诞生以来,由于上述的原因,飞机设计及其性能的不断提高一直与采用性能优异的新材料密切相关。
       先进复合材料在飞机结构上的应用大致分为3个阶段,30多年来走过了一条由小到大,由弱到强、由少到多、由结构到功能的发展道路,其3个阶段具体如下: 1。第一阶段: 用于舱门、口盖、整流罩以及襟、副翼、方向舵等操纵面上,受力较小、规模较小,于60年代末~70年代初完成。
       2。第二阶段: 用于垂尾、平尾等受力较大、规模较大的尾翼一级部件,自70年代初始,至今仍在延续,现军机尾翼一级部件已均为复合材料的了。其中F-14的硼/环氧复合材料平尾于1971年前后研制成功,是复合材料发展史上一个重要里程碑,此后则有F-15、F-16、F-18、B1-B、幻影2000和幻影4000等,此时复合材料用量一般不超过结构总重的5%。
       3。第三阶段:代表了近况 用于机翼、机身等主要受力结构上、受力很大、规模很大。其中美国麦道飞机公司于1976年率先研制F-18的复合材料机翼,并于1982年进入服役,把复合材料用量提高到了16%,此后该公司又将复合材料用于AV-8B的机翼和前机身上,其用量为26%,使复合材料在飞机上的应用跨入了第3个阶段。
       复合材料结构大面积整体成形在满足结构总体性能要求的前提下,可以进一步减轻结构重量、降低成本,特别是制造成本。 优点:1)减少零件数目→减重→降低成本。 2)减少连接件数目→减重→降低装配成本。 3)易于实现翼身融合体布局,如B-2、 X-45、 X-47 等。
       4)减少分段,减少对接,无间隙,无台阶,机体表面光滑完整,可降低RCS值,提高隐身性能。 整体成形乃是复合材料的优点和特点之一。 而且,复合材料的使用比例高低与否,的确代表了当今飞机的先进程度,以F-22和F-35为例: 世界上唯一的第4代战机F/A-22大量应用了复合材料,复合材料约占其结构总重的23~25%左右。
       主要应用部位:机翼(蒙皮和部分梁)、垂尾、平尾及平尾大轴、前、中机身蒙皮等。 用材体系:IM7/5250-4、IM7/997-3、IM8/8320、IM7/APC-2、IM7/SP500-2、IM7/PR500、S-2/5250-4。 双马树脂体系:17。
      2%;环氧树脂体系:6。6%;热塑性复合材料:0。4%; 而F-35的复合材料的应用为: F-35是美国最新研制的轻型、低成本、多用途、隐身战斗机,复合材料用量约为30~35%。 主要应用部位:机翼、机身、垂尾、平尾、进气道等。 用材体系:30%的碳/环氧、2%的碳/双马、2%玻纤/双马。
       大量用环氧树脂体系,强调低成本、因其Mmax=2。 不光是军用飞机,民用飞机也是如此,比如以下示例: B787“梦想”飞机上复合材料的应用: 美国波音B787飞机,要大幅度减轻结构重量,提高燃油效率20%,决定大量采用复合材料。 主要应用部位:复合材料将占全机结构重量50%以上,故全机主要结构均将用复合材料制成,包括机翼、机身、垂尾、平尾、发房、地板梁及部分舱门、整流罩等,这是世界上第一个采用复合材料机翼和机身的大型商用客机,其应用远远超过B777和A380,为世界之最。
       波音人强调指出,在人类有动力飞行进入第二个百年之后,其如此的选材决定将使波音在先进材料技术领域占据世界的优势,“领跑”飞机设计技术,称复合材料为“航空航天结构的未来”。 空客则认为如此选材会有风险,机身应用会有问题,“会导致非优化方案”。
       波音则认为技术上不成问题,问题还在成本上。 波音认为复合材料除减重外,还可提供更好的耐久性,降低使用维护要求,增加未来发展的潜力和空间。 主要用材体系为T800/韧性环氧,已在B777完成验证和使用。 所上的新技术还包括: TiGr层板,即碳纤维增强钛板,一种新的超混杂复合材料,其由Ti箔加上IM6/PEEK相间制成,具有优异的抗疲劳性能。
       结构健康监控技术,以光纤系统为传感器,连续探测损伤,监视结构完整性,预报早期的结构维护、修理的要求。 但是,我们必须看到,复合材料是有技术门槛和先决条件的: 1 先进复合材料是性能优异的新材料,是基础。 2 各种预研计划认真执行的结果。
       3 低成本复合材料技术是重要的前提。 4 复合材料技术的进步是重要的保障。 大部分飞机使用的复合材料由于其非金属或低金属含量,对雷达波的反射率极低或者有较强的电磁波通过性,所以,对依靠电磁波反射来发现目标、制导目标的雷达而言,无疑具有使其失去或部分失去作用的意义。
       但是,玉妹妹,你必须知道的是,复合材料永远不能在飞机上百分之百的替代金属,这点是毋庸质疑的。而且复合材料也不是完美无缺的,在可加工性、易损性、维修方面它确实还不如金属。 今天先简单地肤浅地介绍这些,以后会详细告诉妹妹。 祝妹妹和各位朋友家人团聚、元宵节快乐!! 。
      

    言***

    2010-02-27 10:19:48

其他答案

    2010-02-27 23:54:08
  • 复合材料的主要优点只有一个:轻。飞机上一公斤就可以影响飞机的性能。苏联一架飞机发动机超重,当时提出要求减一公斤发多少奖金。可见重量的重要。
    次要优点还有一个:弹性好。适合机翼、尾翼等需要弹性变形的部分。
    至于隐身性,没有。飞机的隐身主要靠气动布局和雷达吸波材料,复合材料可能反射的波形不同于铝合金等普通材料,但还是要反射的。

    y***

    2010-02-27 23:54:08

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