浅析材料技术对航空航天领域的影响

2020-01-06 405 上传者：管理员

摘要：近年来，随着我国综合国力的不断提高，科学技术取得了长足的发展，中国作为全世界第三个掌握载人空间探索技术的国家，其航空航天工程的发展已经达到了相当高的水平。然而，航空航天工程所涉及的内容极为复杂，因此需要综合应用包括材料技术在内的多种技术，才能更进一步的拓展航空航天工程。基于此，本文以航空航天材料为主要研究内容，对当前航空航天材料发展现状进行了全面介绍，同时对其应用前景进行了分析，以期人们能够深刻认识到材料学在航空航天发展中的重要地位。

关键词：
前景
应用
材料
现状
航空航天
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在人类历史的发展过程中，人类对于天空和宇宙的探索已经从想象、理论分析的阶段进入到了实践阶段。从第一次热气球升空起，人类就没有停止过空间探索的脚步，直升机、旋翼飞机在航空航天工程对于电子信息技术等技术的研究下取得了重大突破，此外，现代材料学的发展也在一定程度上保障了人类在航空航天探索中的安全性，促进了航空航天事业的发展。

1、航空航天材料的重要性

在航空航天器中，以客运飞机为例，由于单次飞行的载客数量直接关系到航空公司的运营效益，因此，航空公司当然希望能够增加载客的数量。然而，从客运飞机的安全角度来看，飞机的推重比是一定的，在推力不变的情况下，只能通过减轻飞机重量的方式来提高其运载能力。如果没有现代材料学，单方面地减轻飞机材料的质量会导致飞机的应力耐受性降低，甚至会发生飞机解体的情况。

目前，绝大多数客运飞机所用的材料为金属材料、无机材料、有机材料和复合材料四种，通过对这些材料的科学应用，再结合计算机下的模型应力分析，能够为客运飞机在不同位置上的材料提供选择的依据，通过选择最小的材料自重，进而保证客运飞机的载客量。除此之外，在宇宙探索的过程中，航空航天材料的抗高温、抗震、抗辐射等特性，都直接关系到整个探索任务能否顺利完成。因此，航空航天材料已经成为了有关人类探索空间的重要学科之一，其对航空航天器的研究有着重要的作用。

2、航空航天材料的应用现状

航空航天领域的材料根据具体的要求进行选择性地应用，例如，运载火箭的导流罩和逃逸塔部分需要使用耐高温的复合材料，从而避免运载火箭在冲出大气层时受到高温灼烧的影响。目前，在航空航天领域中应用最为广泛的材料包括钛合金、纤维符合材料等。

2.1 钛合金材料的应用

作为一种上世纪中期才被发现的材料类型，钛合金相比于其它类型的合金来说，不仅强度高，且能够长时间地耐受高温环境，性能的延展性较强。凭借以上几个方面的优势，钛合金在医疗、汽车、航空航天领域有着广泛的应用。钛合金首次应用于航空航天领域是在1953年，美国为减轻F-84轰炸机的自重，将其中大部分的结构部件更换为钛合金材质部件，进而增加了其携弹量。直至上世纪七十年代中后期，钛合金的技术发展得更为成熟，且市场价格较以往明显下降，钛合金开始应用于民用航空航天领域，如目前在民航领域占据主导地位的波音系列飞机。并且由于宇宙飞船、运载火箭对重量的要求严格，使得密度小、强度高的钛合金有了用武之地。

2.2 纤维复合材料

纤维复合材料是根据其结构组成进行定义的一种新型材料，对于相同设计的航空航天结构部件，使用纤维复合材料能够降低约25%的重量。纤维复合材料的应用主要集中在军用领域，其中最具有代表性的就是美国的F-22战斗机与F-35战斗机，其中纤维复合材料的使用量达到了整机重量的27%～39%。纤维复合材料在航空航天领域得到广泛应用的原因在于它兼具强度与可塑性，相比于其它的金属材料，纤维复合材料的强度与刚度更大，适用于航空航天器极易发生振动的部位，从而避免在刚性环境下破坏航天器的结构。但是，由于当前纤维复合材料的生产加工工艺较高，所以无法实现批量化的生产，因此纤维复合材料的市场价格较高，并无法普及应用。

3、航空航天材料的发展前景

从现阶段航空航天领域的发展要求来看，新型材料将朝着透波与吸波两个方向发展。所谓透波，主要是指航空航天器内部放置通信设备，能够与外界进行无线通信，传统意义上的金属材料对无线电磁波的通讯信号影响较大，进而严重地影响到了通讯质量。因此，发展具有透波特性的航空航天材料能够有效地解决这一问题。航空航天材料的吸波特性主要是指航空航天器在被无线电磁波照射的情况下，能够最大限度地吸收电磁波信号，减少被反射的电磁波，从而减少航空航天器在其雷达上的显示回波面积。这种材料在战斗机中的应用较为广泛，作为我国真正意义上的五代机—歼20就全面地应用了具有吸波特性的新型复合材料，使其隐身效果明显地加强。

4、结语

随着航空航天工程技术的不断发展，其对各种类型材料的要求也越来越高。加快航空航天新型材料的研发，深刻地影响着宇宙空间探索、军事等领域的发展。因此，我国应当增加在新型材料研发领域的投入，更好地推动国家航空航天工程的建设，提高自身的军事力量和综合国力。

参考文献：

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