Part 01 理论篇
战机是直接参加战斗、保障战斗行动和军事训练的飞机的总称,是航空兵的主要技术装备。主要包括:战斗机、攻击机、轰炸机、战斗轰炸机、侦察机、预警机、反潜巡逻机、电子作战飞机、运输机、空中加油机、教练机、武装直升机、无人机等。战机大量用于作战,使战争由平面发展到立体空间,对战略战术和军队组成等产生了重大影响。
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NO.1 复合材料是不是衡量军用飞机先进性的重要标志?
复合材料(Composite Materials)是由两种或两种以上不同性能、不同形态的材料,通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料既能保持原材料的主要性能,又能通过复合效应与协同效应获得单一原材料不具备的性能,克服单一材料的缺点,从而满足各种不同的需求。
复合材料的分类
复合材料包含基体(Matrix)和增强材料(Reinforcement)两个部分。
基体材料主要起到包裹、支撑和保护增强材料的作用;增强材料是复合材料的关键,分布在基体材料中起到提高增强基体材料性能的作用,如提高强度、韧度及耐热性等,增强材料与基体间存在明显不同。
复合材料可以根据基体材料类别、增强材料形态、复合材料功能的不同进行分类。按基体材料类别,复合材料可分为金属基、有机非金属基与无机非金属基,如树脂基、铝基、钛基复合材料等;按增强材料形态,复合材料可分为纤维增强、颗粒增强、短纤维增强、片状增强等,如纳米碳管、碳纤维复合材料等;按材料功能,复合材料可分为结构复合材料、功能复合材料及智能复合材料,如导电复合材料、光导纤维、形状记忆合金等。
目前,复合材料正成为各类航空以及国防装备的关键材料,其用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。美国国防部在2025 年国防材料发展预测中提到,只有复合材料能够将耐高温、高强度、高模量的指标在现有基础上同时提高25% 以上。
复合材料的特点
复合材料之所以能发挥如此重要的作用,主要是因为它具有以下突出特点。
第一,各向异性和材料可设计性。这是复合材料最大的特点。复合材料的性能取决于基体、增强体和其含量、铺设方式。复合材料的力学性能及热、光、防腐、抗老化等性能都可以按照使用要求和环境条件,通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等手段,对复合材料进行合理的设计,可用最少的材料满足设计要求,有效地发挥材料的作用。
第二,整体成型。复合材料的构件与材料是同时形成的,具有复合材料的组分材料在复合的同时也形成了结构,一般不再对复合材料进行加工。因此复合材料的整体性好,可大幅度减少零部件和连接件数量,降低成本、缩短加工周期、提高可靠性。
第三,比强度、比模量高。飞机结构上主要使用的复合材料以碳纤维树脂基复合材料为主,它具有很高的比强度和比模量。比强度和比模量是材料强度和弹性模量与密度的比值,比强度和比模量是真正体现材料性能优劣的参数,意味着较少的材料能承受更高的载荷。先进的复合材料比强度可以高出铝合金6 ~ 10 倍,比模量高出4 倍,先进复合材料的应用能大幅降低飞机的结构重量。
作为一项新兴的材料技术,复合材料首先在军用飞机上得到应用。复合材料的发展对航空装备的发展有着重要意义。军用飞机性能一半取决于设计,另一半取决于材料。材料的优劣对速度、高度、航程、机动性、隐身性、服役寿命、安全可靠性、可维修性等性能具有重大影响。根据统计,飞机减重中有70% 是由航空材料技术进步贡献的。
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