复合材料航空应用及其修复.ppt

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1、复合材料在飞行器上的应用复合材料在飞行器上的应用以及飞机复合材料的修理以及飞机复合材料的修理一一.航空复合材料概述航空复合材料概述复合材料是由两种或两种以上的不同材复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材料和功能成的新型材料。一般由基体材料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通组元所组成。复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分布设计和工过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能补，因而呈现了出色的综合性能复合材

2、料的历史早期飞机为复合材料，由木质框架，金早期飞机为复合材料，由木质框架，金属丝支架和织物组成。焊接钢质框架从属丝支架和织物组成。焊接钢质框架从20世纪世纪20年代早期开始代替木质框架。年代早期开始代替木质框架。轻质铝壳结构则从轻质铝壳结构则从20世纪世纪30年代开始采年代开始采用。到用。到20世纪世纪50年代完全转变成年代完全转变成“全金全金属属”飞机的过程完成。飞机的过程完成。复合材料的今天随随着着玻玻璃璃纤纤维维、凯凯夫夫拉拉尔尔、碳碳纤纤维维等等复复合合材材料料的的发发展展，并并且且早早期期复复合合材材料料结结构构的的使使用用预预示示着着复复合合材材料料运运用用的的辉煌。辉煌。在在飞飞

3、机机上上翼翼尖尖小小翼翼、雷雷达达罩罩和和尾尾锥锥上上少少量量玻玻璃璃纤纤维维增增强强塑塑料料的的使使用用标标志志着着飞飞机机设设计计上上复复合合材材料料的的重重新新应应用用。从从那那时时起起复复合合材材料料在在这这些些部部件件上上的的成成功功应应用用导导致致在在每每一一种种新新机机型型上上复复合合材材料料应应用用的的增增加加。波波音音747使使用用了了超超过过10,000平方英尺表面的复合材料结构。平方英尺表面的复合材料结构。在在过过去去几几年年当当中中先先进进复复合合材材料料技技术术运运用用到到诸诸如如大大翼翼面面板板、地地板板梁梁等等主主要要结结构构上上。显显而而易易见见对对基基本本复复

4、合合材材料料结结构构和和复复合合材材料料结结构构修修理理技技术术的的理理解解对对于于航航空空公公司司人人员来说是多么重要。员来说是多么重要。先进复合材料优异的力学性能和明显的先进复合材料优异的力学性能和明显的减重效果在航空器领域得到广泛认可。减重效果在航空器领域得到广泛认可。随着飞机性能的不断提高，作为现代飞随着飞机性能的不断提高，作为现代飞机结构材料的复合材料的应用已由小型、机结构材料的复合材料的应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂的简单的次承力构件发展到大型、复杂的主承力构件。在飞机机翼、机身、操纵主承力构件。在飞机机翼、机身、操纵面、起落架舱门、蒙皮、安定面、雷达面、起落架舱门

5、、蒙皮、安定面、雷达罩等部件多处使用。罩等部件多处使用。复合材料的优点：复合材料的优点：相对不易腐蚀相对不易腐蚀不会产生金属疲劳不会产生金属疲劳可设计载荷可设计载荷可减少连接部件（同步成型）可减少连接部件（同步成型）减重，节油减重，节油复合材料的缺点：复合材料的缺点：原料高成本（增强纤维，如原料高成本（增强纤维，如CF）制造维修人力成本高，耗时制造维修人力成本高，耗时力学性能受温度湿度影响高力学性能受温度湿度影响高检测损伤难度大检测损伤难度大可导致铝等电位低的金属腐蚀可导致铝等电位低的金属腐蚀纤维织布材料纤维织布材料二二.复合材料在飞行器上的应用复合材料在飞行器上的应用 先先进进复复合合材材料

6、料技技术术的的实实际际应应用用在在飞飞行行器器设设计计与与制制造造中中具具有有重重要要的的地地位位。这这是是因因为为复复合合材材料料的的许许多多优优异异性性能能，如如比比强强度度和和比比模模量量高高，优优良良的的抗抗疲疲劳劳性性能能，以以及及独独特特的的材材料料可可设设计计性性等等，都都是是飞飞行行器器结结构构盼盼望望的的理理想想性性能能。高高性性能能飞飞行行器器要要求求结结构构重重量量轻轻，从从而而可可以以减减少少燃燃料料消消耗耗，延延长长留留空空时时间间，飞飞得得更更高高更更快快或或具具有有更更好好的的机机动动性性；也也可可以以安安装装更更多多的的设设备备，提提高高飞飞行行器器的的综合性能

7、。综合性能。减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先进战斗机每减重进战斗机每减重1kg，就可节约，就可节约1760美元美元。西。西方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的的50%

8、以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中出现全复合材料飞机（如中出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，Starship和和Vayager）之后又出现了全复合材料）之后又出现了全复合材料机身的隐身轰炸机机身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合。此外，也只有采用了复合材料，才使前掠翼得以在材料，才使前掠翼得以在X-29上实现。上实现。全球鹰无人侦察机全球鹰无人侦察机B2隐形轰炸机隐形轰炸机F-18战斗机战斗机空客A320TAG公司公司推出全复推出全复合材料机合材料机

9、体无人直体无人直升机升机 目目前前，国国内内飞飞机机型型号号应应用用复复合合材材料料的的比比例例越越来来越越高高，应应用用复复合合材材料料的的部部件件越越来来越越大大，复复合合材材料料构构件件的的结结构构也也越越来来越越复复杂杂，复复合合材材料料构构件件已已经经逐逐步步从从次次承承力力构构件件到到主主承承力力构构件件转转变变，复复合合材材料料的的垂垂直直安安定定面面、水水平平尾尾翼翼、前前机机身身、舱舱门门、整整流流罩罩等等构构件件已已在在多多种种型型号号飞飞机机上上使使用用并并形形成成了了批批量量生生产产能能力力。机机翼翼、旋旋翼翼等等主主承承力力构件也已经在小批量生产。构件也已经在小批量生

10、产。国国内内复复合合材材料料在在飞飞机机上上应应用用最最多多的的是是新新研研制制的的中中、高高空空长长航航时时无无人人机机，其其机机体体复复合合材材料料的的使使用用量量达达到到70%，机机翼翼翼翼展展18米米，为为全全复复合合材材料料结结构构；其其中中，机机翼翼整整体体盒盒段段运运用用设设计计工工艺艺一一体体化化技技术术，将将机机翼翼的的前前、后后梁梁，上上蒙蒙皮皮和和所所有有中中间间肋肋整整体体共共固固化化成成型型，在在复复合合材材料料应应用用技技术术上上有有所所突突破破。在在自自行行设设计计制制造造的的直直升升机机上上，应应用用复复合合材材料料最最多多的的是是Z10专专用用武武装装直直升升

11、机机，其主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。其主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。长航时无人机长航时无人机Z10武装直升机武装直升机C/C复合材料在高超飞行器中应用 炭/炭（C/C）复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，并且在航天、航空和国防领域中的关键部件上大量应用。我国对C/C复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本C/C复合材料的研究。导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞行器头部受到强激波，对头部产生很大的压力，其

12、最苛刻部位温度可达2760,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%10%左右。对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。三维编织的 C/C复合材料，其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160 至气动加热至1700 时的热冲击要求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏;其低密度可提高导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/C 复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。涡轮发动机 C/C 复合材料在涡轮机及燃气

13、系统(已成功地用于燃烧室、导管、阀门)中的静止件和转动件方面有着潜在的应用前景,例如用于叶片和活塞，可明显减轻重量,提高燃烧室的温度,大幅度提高热效率。美国F22、F100、F119军机和俄罗斯航空发动机上已经采用炭/炭制作航空发动机燃烧室、导向器、内锥体、尾喷管鱼鳞片和密封片及声挡板等。F-22三三.飞机复合材料的修理飞机复合材料的修理 铺层修理铺层修理 真空包和热补仪真空包和热补仪真空包和热补仪真空包和热补仪一个典型的维修案例一个典型的维修案例维修步骤维修步骤找出损伤区域找出损伤区域打磨、割除损伤打磨、割除损伤抽真空干燥待修部件抽真空干燥待修部件清洁维修区域清洁维修区域填补损伤蜂窝填补损伤

14、蜂窝用胶膜、发泡胶修理蜂窝用胶膜、发泡胶修理蜂窝制作铺层制作铺层进行铺层进行铺层真空包热补仪固化维修真空包热补仪固化维修维修质量检测并恢复漆层维修质量检测并恢复漆层找出损伤区域找出损伤区域确定损伤区域（确定损伤区域（NDT）无损检测设备确认损伤（无损检测设备确认损伤（BMS8-276)找出损伤区域找出损伤区域打磨、割除损伤打磨、割除损伤抽真空干燥待修部件抽真空干燥待修部件清洁维修区域清洁维修区域填补损伤蜂窝填补损伤蜂窝用胶膜、发泡胶修理蜂窝用胶膜、发泡胶修理蜂窝制作铺层制作铺层真空包热补仪固化维修真空包热补仪固化维修维修合格检验维修合格检验普通结构敲击测试普通结构敲击测试NDT检验检验(BMS8-276)合格的修理合格的修理不合格的修理不合格的修理清洁、恢复防腐层清洁、恢复防腐层表面打磨清洁后恢复原有漆层表面打磨清洁后恢复原有漆层完成修理完成修理谢谢大家！谢谢大家！谢谢观赏