来源:金世利航材 作者: 金世利 点击: 2033 时间: [2018-09-14]
航空结构材料泛指用于制造航空飞行器的材料、机体材料和发动机材料。其中发动机材料是航空材料中最重要的结构材料。高性能(轻质、高强度、高韧性、耐高温、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)、高功能及多功能(机载设备与隐身结构要求的高功能光、电、声、热、磁材料等)、复合化(可明显减轻结构重量和提高结构效率的结构复合材料等)、智能化(具有智能材料和职能结构的机翼、蒙皮等)、低成本和高环境相容性是未来航空结构材料的重要发展趋势。
随着航空技术的发展和作战任务的需要,世界各国在不断研制新一代的作战飞机。美国与前苏联至20世纪80年代已研制成功并投人使用的第三代战斗机主要有:F-15、F-16、F-18、米格-29、苏-27等,2000年也以此为主。
第三代战斗机的机体选材特点基本上是以传统的高强度和高刚度的7000系列和韧性较好的2000系列的铝合金为主,钛合金的用量较之第二代战斗机有明显增高,并采用了少量的复合材料和钢。以F-15为例,其机体材料用量比例为:铝合金占35.3%,铁合金占26.5%,复合材料占1.2%,钢材占4.4%。
20世纪80年代开始提出对第四代战斗机的需求,如YF-22战斗机等。
第四代战斗机的突出性能表现在:
具备优越的机动性能,能实施超音速机动。
在不开加力的情况下,实现超音速巡航。
具备一定的隐身功能。
具备良好的使用维护性、高可靠性及长寿命。
第四代战斗机的突出特点是对材料提出了更高的要求,在综合了第三代战斗机及其之后所开发材料的基础上,第四代战斗机机体选材特点主要表现在:
为进一步减轻飞机结构重量,提高飞机推重比和机动性,采用了高比强、高比模的金属材料、树脂基复合材料,以及一部分金属基复合材料。
为克服超音速飞行所带来的热载荷问题,钛合金用量仍占较大比重;为进一步提高结构效率,采用了钛合金超塑成形一扩散连接等新工艺。
为具备隐身功能,采用了结构型和涂覆型隐身材料。
为提高机体和机载设备的战术性能指标,采用了形状记忆合金、超导、阻尼减震、新型电子和光学等功能材料。
以F-22原型机选材为例:复合材料占35%(其中20%为热固性复合材料,15%为热塑性复合材料);钛合金占33%,其中有传统的Ti-6Al-4V合金和Ti-62222(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si);铝合金占11%;钢占5%;其他占16%。