碳纤维复合材料在航空航天领域的应用PPT资料.ppt

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CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM纤维增强复合材料在航天航空领域应用纤维增强复合材料在航天航空领域应用戴福洪戴福洪戴福洪戴福洪哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所2011,082011,08CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM提提纲纲引言引言碳碳纤维复合材料在航天复合材料在航天应用用碳碳纤维复合材料在航空复合材料在航空应用用国国产碳碳纤维复合材料复合材料应用基用基础研究研究进展展结语CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM铝合金铝合金复合材料复合材料钛合金钛合金钢钢引言引言高比强高比模的碳纤维复合材料成为航空航天器用的高比强高比模的碳纤维复合材料成为航空航天器用的最重要结构材料之一最重要结构材料之一CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM引言引言大幅度减重大幅度减重可设计性可设计性结构整体优化结构整体优化降低全寿命成本降低全寿命成本2030增加有效载荷增加有效载荷提升飞行器功能提升飞行器功能增大航程、增大航程、降低油耗降低油耗翼身融合、整体成型减少零件数翼身融合、整体成型减少零件数前掠翼、颤振前掠翼、颤振、承力承力/隐身一体化隐身一体化u应用效益B787机体维护成本与机体维护成本与B767相比大幅下降相比大幅下降CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMR.ByronPipes，ICCM-16复合材料研究领域1970-20002000-2010纤维高强/低成本高性能有机纤维树脂增韧/高温RTM树脂复合材料力学材料/结构相互作用渐进损伤耐久性寿命预报预埋器件环境考虑湿热烟毒工艺与制造非热压罐预浸料RTM净成型应用高效减重复合材料机翼、机身成本效益降低全寿命成本制造成本设计方法多尺度计算方法虚拟设计与制造验证积木式方法净成型结构验证TheEvolutionofComposites引言引言碳碳纤维复合材料在航天复合材料在航天应用用CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM以高性能碳以高性能碳（石墨石墨）纤维复合材料复合材料为典型代表典型代表的先的先进复合材料作复合材料作为结构、功能或构、功能或结构构/功功能一体化构件材料，在能一体化构件材料，在导弹、运、运载火箭和火箭和卫星星飞行器上也行器上也发挥着不可替代的作用。

@#@着不可替代的作用。

@#@其其应用水平和用水平和规模已关系到武器装模已关系到武器装备的跨的跨越式提升和型号研制的成越式提升和型号研制的成败。

@#@碳。

@#@碳纤维复合复合材料的材料的发展推展推动了航天整体技了航天整体技术的的发展。

@#@展。

@#@碳碳纤维复合材料主要复合材料主要应用于用于导弹弹头、弹体箭体和体箭体和发动机壳体的机壳体的结构部件和构部件和卫星主星主体体结构承力件上构承力件上CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM卫星和空间站卫星和空间站高模量碳高模量碳纤维质轻，刚性，尺寸性，尺寸稳定性和定性和导热性好，性好，很早就很早就应用于人造用于人造卫星星结构体、太阳能构体、太阳能电池板和天池板和天线中。

@#@中。

@#@现今的人造今的人造卫星上的展开式太阳能星上的展开式太阳能电池板多池板多采用碳采用碳纤维复合材料制作，而太空站和天地往返运复合材料制作，而太空站和天地往返运输系系统上的一些关上的一些关键部件也往往采用碳部件也往往采用碳纤维复合材复合材料作料作为主要材主要材料料CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM导弹导弹导弹发射筒采用先射筒采用先进复合材料保守估复合材料保守估计可降低可降低重量重量30%，对于提高地面生存能力至关重要，于提高地面生存能力至关重要，同同时，复合材料的耐，复合材料的耐环境腐境腐蚀、耐疲、耐疲劳性能性能优异等特点，可以异等特点，可以显著提高著提高发射筒的重复使用寿射筒的重复使用寿命，降低命，降低发射成本射成本CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM动力系统动力系统美国、日本、法国的固体美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳机壳体主要采用碳纤维复合复合材料，美国三叉戟材料，美国三叉戟-2导弹、战斧式巡航斧式巡航导弹、大力神一、大力神一4火箭、法国的阿里安一火箭、法国的阿里安一2火箭改型、日本的火箭改型、日本的M-5火箭等火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的的抗拉抗拉强度度为5.3GPa的的IM-7碳碳纤维，性能最高的是，性能最高的是东丽T-800纤维，抗拉，抗拉强度度5.65Gpa、杨氏模量氏模量300GPaCenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM碳碳纤维复合材料在航空复合材料在航空应用用CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM飞机发展目标高比强可设计抗疲劳多功能耐腐蚀先进树脂基复合材料轻量化轻量化高可靠高可靠长寿命长寿命高效能高效能结构结构/功能功能CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM第三阶段（90年代末开始）受力复杂受力复杂规模大规模大中机身段、中央翼盒A380A380中央翼盒中央翼盒用量用量25%25%B787B787机身机身用量用量50%50%第四阶段（21世纪初开始）起落架用复合材料F-16F-16起落架后撑杆起落架后撑杆NH-90NH-90直升机起落架直升机起落架受力很大受力很大代替钢结构代替钢结构舱门、口盖、整流罩、方向舵、襟副翼、雷达罩、起落架舱门第一阶段（70年代初完成）受载不大受载不大简单零部件简单零部件第二阶段（80年代初开始）尾翼（垂尾、平尾）、前机身段、机翼FF1414硼硼/环氧复合材料平尾环氧复合材料平尾F/A-18F/A-18机翼机翼用量用量1313AV-8BAV-8B机翼和前机身机翼和前机身用量用量26%26%承力大承力大规模较大规模较大国外航空复合材料发展历程国外航空复合材料发展历程CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMMirageF18CDC17AV8BRafaleF18E/FUCAVEuroFighterF35F/A22B2A-380A-320A-340A-330F15787PremierHorizonu用量发展情况用量发展情况用量发展情况用量发展情况CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM飞机结构复合材料用量飞机结构复合材料用量是飞机先进性的重要标志是飞机先进性的重要标志F2225%F3535%EF200040%F162%u军机应用军机应用军机应用军机应用CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMTiger80%u直升机应用直升机应用直升机应用直升机应用V-2250%CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMu无人机应用无人机应用无人机应用无人机应用全球全球鹰（鹰（GlobalHawkGlobalHawk）捕食者捕食者（PPredatorredator）暗星（暗星（DarkStarDarkStar）先锋（先锋（PPioneerioneer）搜索者（搜索者（SearcherSearcher）X-45C90%PPredatorredatorCenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMu民机应用A380A380复合材料22%Glare3%铝61%钛和钢10%其他5%CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM机机身身结结构构机机翼翼结结构构u民机应用民机应用民机应用民机应用B787B787CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM机翼结构中央翼盒中央翼盒CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMBoeing787Boeing787第一个全尺寸复合材料机身段，长第一个全尺寸复合材料机身段，长7m7m宽宽6m6m，减重，减重20%20%uu民机应用民机应用民机应用民机应用B787B787CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM2000年年2020年（预测）年（预测）u应用趋势应用趋势应用趋势应用趋势复合材料成为飞机结构最为重要的基本材料复合材料成为飞机结构最为重要的基本材料飞机飞机机体机体结构结构材料材料国产碳纤维复合材料应用基础研究国产碳纤维复合材料应用基础研究CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM国产碳纤维复合材料国产碳纤维复合材料航空结构应用标准航空结构应用标准指导高效可靠高效可靠高效可靠高效可靠应用应用应用应用支撑纤维树脂界面改进提高改进提高改进提高改进提高国产碳纤维高效可靠应用复合材料性能性能性能性能转化转化转化转化性能性能性能性能评价评价评价评价外翼CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCM稳定性逐步提高稳定性逐步提高稳定性逐步提高稳定性逐步提高与进口碳纤维水平相当与进口碳纤维水平相当与进口碳纤维水平相当与进口碳纤维水平相当q第二阶段：

@#@第二阶段：

@#@20072007年年0505月月20082008年年0202月月拉伸强度拉伸强度拉伸模量拉伸模量q第一阶段：

@#@第一阶段：

@#@20052005年年0606月月20072007年年0404月月q第三阶段：

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@#@20082008年年0303月月20092009年年0505月月碳纤维性能分散性的发展碳纤维性能分散性的发展CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnologyHITCCMCCF300CCF300单丝的综合力学性能测试单丝的综合力学性能测试ll常规性能测试常规性能测试p拉伸模量、拉伸强度、断裂延伸率拉伸模量、拉伸强度、断裂延伸率l综合力学性能测试p碳纤维碳纤维