复合材料在航空航天领域有广泛应用,以下是一些具体的例子:
飞机结构:如机翼、机身、起落架、发动机短舱等。空客 A350 和波音 787 的机身 50% 以上由碳纤维增强聚合物(CFRP)制成,A380 是架采用 CFRP 复合材料芯翼盒的飞机,与的铝合金相比最多可减重 1.5 吨。
发动机部件:包括风扇叶片、风扇机匣、压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等。例如,GE90 发动机风扇叶片采用赫克塞尔(Hexcel)公司的 8551-7 高强度抗损结构用增韧改性环脂作为基体材料,用 IM7 高强度、大伸长、中模量碳纤维作为增强体;LEAP-X 发动机采用碳纤维复合材料制造的 18 片风扇叶片,可使每架飞机减重超过 450kg。F100 发动机曾用硼纤维 / 铝复合材料制作压气机叶片。
火箭部件:火箭支承舱是运载火箭搭载卫星的关键主承力部件,通过采用碳纤维复合材料泡沫夹芯结构可实现卫星发射复杂载荷条件下的减重目标。另外,碳纤维热塑性复合材料储罐能满足重复使用的要求,且相比传统金属油箱可减重 20%-40%。
耐温部件:极轻的复合材料涡轮叶片能在涡轮排气温度约为 1050°C 时仍保持强度;陶瓷基复合材料可用于全环燃烧室、碳化硅复合材料浮壁燃烧室、涡轮导向器等,能承受高温。
其他方面:碳纤维层压板可用于机身、个人防护设备等;碳纤维增强的环氧基形状记忆聚合物复合材料可应用于火星探测任务,能在减轻载荷的同时实现自主变形,提高结构的智能化水平,有望应用于空间站建设、探月工程等重大航天工程领域。
复合材料具有轻质、高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀、耐高温等优点,能够满足航空航天领域对材料性能的严格要求,有助于提升飞行器的性能、降低油耗、增加有效载荷,并延长使用寿命。同时,随着技术的不断进步,复合材料在航空航天领域的应用也在不断拓展和深化。
