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碳纤维复合材料在航空航天领域的应用浅析

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碳纤维复合材料在航空航天领域的应用浅析

发布日期:2017-12-26 00:00 来源:http://www.dalianyingtian.cn 点击:

大型热压罐

应用篇


一、航空方面的CFRP应用大型热压罐


业内一般认为,碳纤维复合材料在军用航空方面的应用大体上可以分为三个阶段(也有按四个阶段分的,差异不大)。民机对安全性、经济性、可靠性要求高于军机,因此在应用上更加保守和延后,但也大体追随了军机的步伐。在此一并介绍。


第一阶段——非承力结构:20世纪60-70年代:由于1公斤CFRP可以大体替代3公斤铝合金,性能满足要求,因此开始用于非承力结构,如舱门、前缘、口盖、整流罩等尺寸较小的部件。对于民机,除了上述应用外,机舱大量的内饰也会用到复合材料,但其中有很多是芳纶或者玻璃纤维复材,这里不赘述。


国内方面:从难度上说,非承力结构是航空复材的小case,但是应用面却最广泛。国内在技术上已无大的障碍,基本达到了国外类似的水平,需要的是大规模普及。相信ARJ21,C919和运20等大平台和众多无人机小平台定型运营后,能够为此提供广阔的应用空间。


这些一般应用,大多用便宜的大丝束产品就够了;而T300以上的产品,贵得离谱,好钢用在刀刃上,于是大多用在承力结构上。


第二阶段——次承力结构:20世纪70-80年代:随着力学性能的改善与前期应用的效果提高了人们的信心,CFRP逐步扩展到飞机的次承力结构,即垂尾、平尾、鸭翼、副襟翼舵面等受力较大、尺寸较大的部件。


其中,1971年美国F-14战斗机把纤维增强的环氧树脂复合材料成功应用在平尾上,是复合材料史上的一个里程碑事件。波音B777也将CFRP应用于垂尾、平尾等多处部件,共用复合材料9.9吨,占结构总重的11%。


国内方面


中国将CFRP用于军机的舵面和翼面,也已经开始成熟。


根据《玻璃钢》等杂志的公开报道,早在“六五”期间,沈阳飞机设计所、航空材料研究院和沈阳飞机厂共同研制歼击机复合材料垂尾壁板,比原铝合金结构轻21kg,减重30%。北京航空工艺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、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。歼轰-7A战机采用了CFRP平尾。


2009年建国60周年国防成就展上,报道了歼-10在鸭翼、垂尾、襟副翼、腹鳍等所有7个舵面和腹鳍采用了CFRP材料,这与国外这一阶段的发展水平基本相当。


2011年通用航空大会上披露,即将定型的猎鹰L-15高教机也采用了复材的机头罩、方向舵和垂尾,其中舵面是CFRP。


在民机方面,ARJ21新支线飞机的复合材料技术水平大体达到了这样一个水平,算是开了个头,但大规模应用尚需时日。


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