目前，復合材料已成為與金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料并列的四大材料體系之一。一個國家的復合材料工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量其科技與經(jīng)濟實力的主要標志之一。先進復合材料是國家安全和國民經(jīng)濟具有競爭優(yōu)勢的源泉。

復合材料在渦輪發(fā)動機上的應用

由于具有密度小、比強度高和耐高溫等固有特性，復合材料在航空渦輪發(fā)動機上應用的范圍越來越廣且比例越來越大，使航空渦輪發(fā)動機向“非金屬發(fā)動機”或“全復合材料發(fā)動機”方向發(fā)展。

美國針對航空發(fā)動機實施的IHPTET和VAATE計劃，以及歐洲實施的ACME和AMET計劃，均將復合材料在航空發(fā)動機上的應用列為重點內(nèi)容予以驗證和突破，包括:風扇寬弦復合材料葉片、纖維增強樹脂基復合材料機匣、350℃熱塑性復合材料中介機匣、SiC長纖鈦基復合材料的葉環(huán)、葉鼓和低壓渦輪軸、陶瓷基復合材料全環(huán)燃燒室、CMC碳化硅復合材料浮壁燃燒室、CMC碳化硅復合材料渦輪導向器、CMC和C/C復合材料渦輪轉(zhuǎn)子等相關(guān)結(jié)構(gòu)，由此可見，復合材料在航空發(fā)動機上的大量使用已成為必然。

復合材料在導彈和火箭發(fā)動機上的應用火箭外殼纖維纏繞成型

以碳纖維復合材料為代表的先進復合材料的發(fā)展推動了航天整體技術(shù)的發(fā)展。碳纖維復合材料主要應用于導彈彈頭、彈體箭體和發(fā)動機殼體的結(jié)構(gòu)部件和衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)承力件上，碳/碳和碳/酚醛是彈頭端頭和發(fā)動機噴管喉襯及耐燒蝕部件等重要防熱材料，C/C 最早用作其噴管喉襯，并由二維、三向發(fā)展到四向及更多向編織。碳纖維復合材料在美國侏儒、民兵、三叉載等戰(zhàn)略導彈上均已成熟應用，美國、日本、法國的固體發(fā)動機殼體主要采用碳纖維復合材料，如美國三叉 -2 導彈、戰(zhàn)斧式巡航導彈、大力神-4火箭、法國的阿里安 -2火箭改型、日本的M-5火箭等發(fā)動機殼體，其中使用量最大的是美國赫克里斯公司生產(chǎn)的抗拉強度為5.3GPa 的IM-7碳纖維，性能最高的是東麗T-800纖維，抗拉強度5.65GPa，楊氏模量300GPa。

俄羅斯海上導彈系統(tǒng)中的佼佼者是“圓錘”(布拉瓦) 型潛發(fā)射導彈，該導彈發(fā)射機動性好，同時擁有?；完懟鶅煞N打擊版本，可以攜帶 610 分導式核彈頭，配備在海軍“臺風”級，以及未來新型“北風之神”級核潛艇上，可以突破敵方導彈防御系統(tǒng)，有效摧毀全球任何地方的敵方目標。這些新型導彈的發(fā)動機噴管及大面積防熱層均使用黏膠基碳纖維增強的酚醛復合材料。

目前為解決固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)承載問題，美國和法國正在進行陶瓷纖維混合碳纖維而編織的多向(6 向)基質(zhì)、以熱穩(wěn)定氧化物為基體填充的陶瓷復合材料。SiC陶瓷制成的喉襯、內(nèi)襯已進行多次點火試驗。今天作為火箭錐體候選材料的有Al2O3、ZrO2、ThO2等陶瓷，而火箭尾噴管和燃燒室采用的高溫結(jié)構(gòu)材料有SiC、石墨、高溫陶瓷涂層等。

我國各類戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)導彈上也大量采用碳纖維復合材料作為發(fā)動機噴管、整流翠防熱材料。我國20世紀90年代后期開展了纖維增強復合材料材料殼體的研究，進行了T300 CFRP固體火箭發(fā)動機殼體的基礎(chǔ)試驗、殼體結(jié)構(gòu)強度試驗、點火試車等全程考核中完成了12K-T700-CFRP殼體結(jié)構(gòu)強度試驗，開展了T800碳纖維CFRP多種殼體的預研試驗。

復合材料在衛(wèi)星和宇航器上的應用

碳纖維增強樹脂基復合材料被用作航天飛機艙門、機械臂和壓力容器等。美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機的阻熱瓦十分關(guān)鍵，可以保證其能安全地重復飛行。一共有 8 種低溫重復使用表面絕熱材料LRSI；高溫重復使用表面絕熱材料HRSI；柔性重復使用表面絕熱材料 FRSI；高級柔性重復使用表面絕熱材料 AFRI；高溫耐熔纖維復合材料FRIC-HRSI；增強碳/碳材料 RCC；金屬；二氧化硅織物。其中增強碳/碳材料 RCC，最為重要的，它可以使航天飛機承受大氣層所經(jīng)受的最高溫度 1700°C。

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的輕型化對衛(wèi)星功能及運載火箭的要求至關(guān)重要，所以對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求很嚴。國際通信衛(wèi)星VA中心推力簡用碳纖維復合材料取代鋁后質(zhì)量減輕23kg(約占30%),可使有效載荷艙增加 450 條電話線路，僅此一項盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費用。美國、歐洲衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量不到總質(zhì)量的10%，其原因就是廣泛使用了復合材料。目前衛(wèi)星的微波通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)(太陽能電池基板、框架) 各種支撐結(jié)構(gòu)件等已基本上做到復合材料化。

我國在“風云二號”氣象衛(wèi)星及“神舟”系列飛船上均采用了碳/環(huán)氧復合材料做主承力構(gòu)件，大大減輕了整星的質(zhì)量，降低了發(fā)射成本。從 2008 年 9 月 25 日的“神舟七號”升空開始到 2016 年 10 月17 日的“神舟十一號”上天，中國在八年多的時間里五次飛天。在飛船、衛(wèi)星、返回艙中大量使用的碳纖維復合材料，為這一舉世矚目的成就立下了汗馬功勞。

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