飛機材料
[拼音]:feiji cailiao
[外文]:aircraft material
飛機材料的范圍較廣,分為機體材料(包括結(jié)構(gòu)材料和非結(jié)構(gòu)材料)、發(fā)動機材料和涂料,其中最主要的是機體結(jié)構(gòu)材料和發(fā)動機材料。非結(jié)構(gòu)材料包括:透明材料,艙內(nèi)設(shè)施和裝飾材料,液壓、空調(diào)等系統(tǒng)用的附件和管道材料,天線罩和電磁材料,輪胎材料等。非結(jié)構(gòu)材料量少而品種多,有:玻璃、塑料、紡織品、橡膠、鋁合金、鎂合金、銅合金和不銹鋼等。結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有高的比強度和比剛度,以減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量,改善飛行性能或增加經(jīng)濟效益,還應(yīng)具有良好的可加工性,便于制成所需要的零件。
發(fā)展概況
20世紀初第一架載人上天的飛機是用木材、布和鋼制造的。硬鋁的出現(xiàn)給機體結(jié)構(gòu)帶來巨大的變化。1910~1925年開始用鋼管代替木材作機身骨架,用鋁作蒙皮,制造全金屬結(jié)構(gòu)的飛機。金屬結(jié)構(gòu)飛機提高了結(jié)構(gòu)強度,改善了氣動外形,使飛機性能得到了提高。40年代全金屬結(jié)構(gòu)飛機的時速已超過 600公里。50年代末噴氣式飛機的速度已超過2倍音速,給飛機材料帶來了熱障問題。鋁合金耐高溫性能差,在200°C時強度已下降到常溫值的1/2左右,需要選用耐熱性更好的鈦或鋼。60年代出現(xiàn)3倍音速的SR-71全鈦高空高速偵察機和不銹鋼占機體結(jié)構(gòu)重量 69%的XB-70轟炸機。蘇聯(lián)的米格25殲擊機機翼蒙皮也采用了鈦和鋼。70年代以后越來越多地使用以碳或硼纖維增強的復(fù)合材料。鋁、鈦、鋼和復(fù)合材料已成為飛機的基本結(jié)構(gòu)材料(圖1 )。
機翼材料
機翼是飛機的主要部件,早期的低速飛機的機翼為木結(jié)構(gòu),用布作蒙皮。這種機翼的結(jié)構(gòu)強度低,氣動效率差,早已被金屬機翼所取代。機翼內(nèi)部的梁是機翼的主要受力件,一般采用超硬鋁和鋼或鈦合金;翼梁與機身的接頭部分采用高強度結(jié)構(gòu)鋼。機翼蒙皮因上下翼面的受力情況不同,分別采用抗壓性能好的超硬鋁及抗拉和疲勞性能好的硬鋁。為了減輕重量,機翼的前后緣常采用玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)或鋁蜂窩夾層(芯)結(jié)構(gòu)。尾翼結(jié)構(gòu)材料一般采用超硬鋁。有時殲擊機選用硼(碳)纖維-環(huán)氧復(fù)合材料,以減輕尾部重量,提高作戰(zhàn)性能。尾翼上的方向舵和升降舵采用硬鋁。
機身材料
飛機在高空飛行時,機身增壓座艙承受內(nèi)壓力,需要采用抗拉強度高、耐疲勞的硬鋁作蒙皮材料。機身隔框一般采用超硬鋁,承受較大載荷的加強框采用高強度結(jié)構(gòu)鋼或鈦合金。很多飛機的機載雷達裝在機身頭部,一般采用玻璃纖維增強塑料做成的頭錐將它罩住以便能透過電磁波。駕駛艙的座艙蓋和風(fēng)擋玻璃采用丙烯酸酯透明塑料(有機玻璃)。飛機在著陸時主起落架要在一瞬間承受幾百千牛乃至幾兆牛(幾十噸力至幾百噸力)的撞擊力,因此必須采用沖擊韌性好的超高強度結(jié)構(gòu)鋼。前起落架受力較小,通常采用普通合金鋼或超硬鋁(圖2)。
從60年代末期開始,在飛機上使用的復(fù)合材料,已由當初只應(yīng)用于口蓋和艙門等非承力構(gòu)件,逐步擴大應(yīng)用到減速板和尾翼等次承力構(gòu)件,而且正向用于機翼甚至前機身等主承力構(gòu)件的方向發(fā)展。另外,為提高突防攻擊能力、不被敵方雷達捕獲,已在飛機上采用吸波材料(見隱身技術(shù))。
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