都禹辰（黑龍江省大慶實驗中學，黑龍江 大慶 163316）

淺析先進復合材料與航空航天

都禹辰（黑龍江省大慶實驗中學，黑龍江 大慶 163316）

近幾年我國航空航天事業(yè)發(fā)展迅猛，取得了很大成績，在這成功的背后先進復合材料功不可沒。本文從先進復合材料是航空航天的重要物質基礎與先導技術入手，指出了它具有可設計性、多功能性和發(fā)展性等優(yōu)點，同時分析了先進復合材料在航空航天中的應用優(yōu)點，最后提出了我國先進復合材料可持續(xù)研發(fā)與應用中急需解決的問題。

先進復合材料；航空航天；低成本

1 先進復合材料是航空航天的重要物質基礎與先導技術

1.1 先進復合材料已成為四大類材料之一

由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的這種新型材料被稱作復合材料，它與金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料被稱為四大材料。復合材料通過對多種原材料進行重新加工與組合之后形成的材料不僅具有原材料本身的特點，同時使得各種材料之間優(yōu)缺點進行互補有了更強的性能，因此它比普通的材料更高級，性能更優(yōu)越，應用更廣泛。

1.2 先進復合材料的優(yōu)越性

先進復合材料公認的優(yōu)點有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好、性能可設計等。與傳統(tǒng)材料相比,復合材料具有以下特點:

1.2.1 可設計性和各向異性。

一般來說，不同的環(huán)境、不同的條件對所使用的材料而要求是不一樣的，因此要根據(jù)具體需求來選擇材料。如果我們選用普通材料的話，一般想要達到這樣的效果難度是相當大的，但這一點復合材料卻很容易就能做到。通常的做法是按照需求選擇具有相對應特點的普通材料，然后將這些普通材料進行加工，從而使他們達到我們所需要的性能。復合材料具有各向異性，因此在一定程度上我們可以通過他的這種功能來節(jié)省材料，從而使材料的利用率達到最大。

1.2.2 材料與結構一體化。

我們之前在做復合材料構件時，都是先將復合材料進行加工，加工完成后才能夠形成復合材料構件，而現(xiàn)在有了復合材料，我們就不再需要這么麻煩，因為兩者可以同時形成，這樣不僅使得我們得到的東西是一個完整的整體，還縮短了制作時間。

1.2.3 復合效應。

復合材料不是簡單地將幾種材料進行混合加工就可以了，而是要對預期的性能進行分析，同時分析哪些材料具有這些性能，從而將具有這些性能的材料進行加工，這樣通過復合效應加工出來的材料才是能夠達到我們使用要求的材料。

1.3 先進復合材料已發(fā)展成為航空航天結構的基本材料

將先進復合材料用于航空航天結構上可相應減重20%～30%,這是其他先進技術很難達到的效果。美國NASA的Lang?ley研究中心在航空航天用先進復合材料發(fā)展報告中指出,各種先進技術的應用可以使亞音速運輸機獲得51%的減重(相對于起飛重量)效益,其中,氣動設計與優(yōu)化技術減重416%,復合材料機翼機身和氣動剪裁技術減重2413%,發(fā)動機系統(tǒng)和熱結構設計減重13.1%,先進導航與飛行控制系統(tǒng)減重9%,說明了先進復合材料的應用減重最明顯。

在航空材料的使用上，我們更強調的是其性能和可靠性，而經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)先進復合材料不僅可以減重，同時可以使飛機結構的其他性能在一定程度上得到提高。

2 我國先進復合材料可持續(xù)研發(fā)與應用中急需解決的問題

2.1 國產(chǎn)碳纖維

我們都知道碳纖維有很強的穩(wěn)固性，是重要的增強材料，但是就我國目前關于碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn)情況來看，存在的問題還不小，主要表現(xiàn)在：原絲質量差、生產(chǎn)規(guī)模小、質量不高但是價格高以及研究力度不夠等。而我國對復合材料的需求比較大，因此要盡快解決這些問題，加強在這一方面的能力，制造出比較優(yōu)質的碳纖維。

2.2 低成本復合材料技術

目前來說我國復合材料的成本還是太高。舉例來說研制機翼，碳纖維樹脂基復合材料每千克成本價為9600元,其中碳纖維約為1000元,樹脂約為300元,纖維和基體的成本在總成本中占有份額小于15%,設計成本小于5%,而制造成本卻高達80%。這樣高成本的制造，使得很多商家不愿意從事這一行業(yè)，而要想降低制造成本，我們可以要對制造過程進行優(yōu)化處理，對工藝的要求也要提高，避免因浪費等因素影響制造成本。此外，我們可以使用機器，因為相對于人工來說，使用機械操作不僅在一定程度減少了制造成本，同時提高了制造效率，但是目前我國在這一方面的資源還比較匱乏，因此引進國外先進設備是有必要的。

2.3 先進復合材料及結構的設計理論與方法

在復合材料的設計過程中設計師起著至關重要的作用。要想設計出符合要求的復合材料，首先要有正確的設計理念，設計師只有深刻理解了設計理念，接下來要考慮的才是設計師的專業(yè)技能問題，他的知識技能與儲備是否能夠滿足設計的需求。復合材料的設計是一個復雜的過程，它涉及很多方面的問題，包括：設計準則、設計數(shù)據(jù)是否精準，這些都是需要設計師考慮的問題。同時還應考慮它的成本、性能、周期等問題。因此在復合材料的設計過程中要要個按照規(guī)范來操作。

結論：從文中我們知道了先進復合材料對航空航天的重要性，因此我國從現(xiàn)在開始抓緊復合材料的研究還為時不晚，這樣不但可以解決我國航空航天當中的問題，同時可以縮小我國航空航天水平與世界先進水平之間的差距。所以從現(xiàn)在開始要加大碳纖維的研究力度，同時加強復合材料設計方面的技術及工藝中的問題，這樣我國的航天航空技術才能更上一個臺階。

[1]霍肖旭,曾曉梅.炭纖維復合材料在固體火箭上的應用[J].固體火箭發(fā)動機復合材料工藝.2000,1:55-61.

[2]趙渠森.先進戰(zhàn)斗機用復合材料樹脂基體[J].高科技纖維與應用，2000,25（2）：1-7.