第一章航空材料技术的发展现状讲义.doc

课 题 第一章 航空材料技术的发展现状 目的与要求 明确航空材料在航空制造业中的地位和作用 熟悉复合材料在航空发展中的特殊地位和发展前景 熟悉航空产业对复合材料的特殊要求 了解目前我国复合材料的发展障碍 和复材相比较，其他材料在航空制造中的地位和要求 重 点 明确航空材料在航空制造业中的地位和作用 熟悉复合材料在航空发展中的特殊地位和发展前景 难 点 和复材相比较，其他材料在航空制造中的地位和要求 教 具 复 习 提 问 熟悉航空产业对复合材料的特殊要求 了解目前我国复合材料的发展障碍 新知识点考查 熟悉复合材料在航空发展中的特殊地位和发展前景 和复材相比较，其他材料在航空制造中的地位和要求 布置作业 课堂布置 课后回忆 和复材相比较，其他材料在航空制造中的地位和要求 备注 教员  图1　现代飞机用材料的发展状况 Fig.1　Development situation of the materialsused for the modern aircraft 图2　先进发动机用材料发展趋势 Fig.2　Development trend of materials used for the advanced engine 图3　叶片合金的承温能力 Fig.3　Temperature bearing capability of the blade alloy  主要应用 航空材料的地位和作用 先进材料是科学技术发展和国民经济建设的重要支柱,是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。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。 现代航空材料的基本要求 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。 现代航空材料的发展状况 现代飞机机体材料的发展现状 近20年来,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: 表1 国外干线客机各类材料结构占比　w/% 机型 首飞年份 铝 钢 钛 复合材料 其他 B747 1969 81 13 4 1 1 B757 1982 78 12 6 3 1 B767 1981 80 14 2 3 1 B777 1994 70 11 7 11 1 DC10 1970 78 14 5 1 2 MD11 1990 76 9 5 8 2 A-320 1987 76.5 13.5 4.5 5.5 A-340 1991 75 8 6 8 3 (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。 表2　国外军用飞机各类材料结构占比　　w/% 机　型 设计年代 铝合金 结构钢 钛合金 复合材料 F-14 1969 39 17 24 1 F-15 1972 36 6 27 2 F-16 1976 64 3 3 2 F-18 1978 49 15 12 10 幻影2000 1969 23 12 Су-27