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看看航空航天材料,才知道什么是先进材料!(1)
2017-06-08 11:42:31 点击率:668 来源:科学出版社

航空航天高技术产业的发展与军事应用密切相关,但更重要的是人类在这个产业部门所取得的巨大进展,对国民经济的众多部门和社会生活的许多方面都产生了重大而深远的影响,推动并改变着世界的面貌。进入21世纪之后,航空航天高技术产业将为人类认识和驾驭自然注入新的强大动力,航空航天活动的作用将远超科学领域,对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产生更加广泛而深远的影响,并不断地创造出崭新的科技成果和巨大的经济效益。


航空航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作,除了依靠优化的结构设计之外,还有赖于材料所具有的优异特性和功能。由此可见,航空航天材料在航空航天产品发展中的极其重要的地位和作用。


航天航天产品在追求轻质和减重方面可以说是“克克计较”,图1为飞行器每减重1kg所取得的经济效益与飞行速度的关系。如对航天飞机来说,每减重1kg的经济效益将近十万美元。


图1  减轻结构所得经济效益(相对值)

飞行器每减重1kg后所得经济效益与飞行速度的关系


新型材料及改型材料在军机结构减重中的重要性及发展趋势见图2,从中可见,新型材料和改进型材料与主动载荷控制、颤振抑制、自动化设计及先进结构概念等相比,在飞行器结构减重中占有主导地位,也正因为这个原因比强度和比模量这些概念在航空航天领域具有更为重要的意义。


图2 新型材料及改进型材料在军机结构减重中的重要性及发展趋势


高温材料是制约航空航天产品性能的另一类关键材料。飞机和发动机的发展对工作温度的需求见图3。



图3 飞机和发动机发展对服役温度的需求


由图可见目前飞机蒙皮的最高温度达1000℃以上,而发动机的工作温度则高达近2000℃,不同的航空航天材料的耐温性见图4。



图4  航空航天材料的耐温性


可见,为了支撑航空航天产品提高工作温度的要求,许多新型材料如金属间化合物、陶瓷、碳/碳及各种复合材料正在加速发展之中。(待续)


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