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航空材料是航空装备发展的基础和支撑，一代材料支撑一代装备的发展，一代装备牵引一代材料的进步。二代战斗机用结构材料主要是二代耐蚀铝合金，用量超过85wt%，钢用量约5wt%，其他材料约10wt%。三代战斗机用结构材料主要是三代高强高韧和中强耐腐蚀铝合金，用量约65wt%，钢用量约5wt%，钛合金约10wt%，复合材料10wt%以上，其他材料约10wt%。四代战斗机最大的特点是高机动、高隐身和超视距探测攻击。高机动需要减轻结构质量，要求大量应用高韧性碳纤维复合材料和钛合金；高隐身和远距离探测特性要求应用高性能结构吸波和结构透波复合材料。四代战斗机结构材料用量：复合材料约30wt%（包括结构吸波/透波复合材料8wt%），钛合金约30wt%，损伤容限铝合金约20wt%，钢用量约5wt%，其他材料约15wt%。
和三代战斗机相比，四代战斗机用结构材料的最大差别是先进复合材料的大量应用。高韧性结构复合材料降低了结构重量系数；宽频隐身一体化吸波复合材料应用使飞机能够在保持良好气动外形的同时实现雷达隐身；高性能透波复合材料使有源相控阵雷达、无源探测和电子干扰装备得到高效应用，提升了探测和电子战能力。
一、先进热塑性复合材料先进热塑性复合材料是指连续纤维（高强玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维）增强热塑性树脂的一类复合材料，是一种非常有前途的飞行器结构材料，并受到广泛关注。与热固性复合材料相比具有以下优势：
1、具有的良好的可循环性、可回收、可重复利用和不污染环境等特性，很好地适应了当今世界对材料产业所提出的环保要求。先进热塑性复合材料在达到一定温度后，可以实现二次成型，而热固性复合材料不具备这种特性，无法实现回收利用。
2、热固性复合材料预浸料需要低温保存，而热塑性复合材料预浸料在储存期、储存条件等方面没有要求，在加热过程仅仅发生软化熔融等物理变化，复合材料成型周期短效率高，可以明显降低制造成本。
3、具有高的韧性、优良的抗蠕变和损伤容限性能、良好的抗冲击性能，热塑性复合材料构件还可以直接熔融焊接，能有减少连接带来的重量增加，提高应用的减重效率。
二、其他发展方向
1、高性能碳纤维结构复合材料。新一代模量、强度和韧性得到同时提升的高模量、高强度、高韧性碳纤维结构复合材料；满足高超声速飞行器主结构对复合材料长期使用温度和力学性能(尤其是高韧性)要求的耐高温、高韧性碳纤维复合材料。
2、耐高温碳纤维结构复合材料。长期使用温度达到350℃以上，同时要求具有良好的热氧化稳定性和成型工艺性，满足航空发动机应用要求的热压成型耐高温碳纤维增强聚酰亚胺复合材料；同时具有较好的韧性和热氧化稳定性，能够满足高推重比航空发动机使用温度和整体结构成型要求的RTM成型耐高温聚酰亚胺复合材料。
3、高性能热塑性结构复合材料。研制使用温度150℃以上、T800级碳纤维增强的高性能热塑性复合材料，建立热塑性复合材料预浸料及其复合材料构件在线原位制造技术，降低复合材料的制造成本和提高制造效率，满足航空装备对热塑性复合材料的需求。
4、超宽频结构吸波一体化复合材料。超宽频雷达吸波和多频谱(红外/雷达)兼容吸波复合材料。结构吸波复合材料的吸收频带覆盖0.1~18GHz，低频吸收大于5dB以上，红外/雷达兼容吸收，满足装备全频谱隐身要求。
5、耐高温宽频结构吸波一体化复合材料。未来五代机要求实现360°全向隐身，发动机尾喷管及飞机尾喷区域的隐身，要求应用耐300℃以上耐高温结构吸波复合材料。
6、承载/防冰/宽频吸波一体化复合材料。航空发动机风扇既是强散源，也是容易结冰的部位。要实现航空发动机风扇RCS的明显减缩，需要发展承载/防冰/宽频吸波一体化复合材料。
7、低吸湿结构透波一体化复合材料。航空装备在海洋高湿环境应用，透波复合材料吸湿会明显增加介电损耗，迫切需要发展吸湿率低于1%，湿态介电损耗低于0.01的低吸湿结构透波复合材料，满足航空装备海洋环境下天线罩应用要求。 |
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发表于 2024-7-2 11:48:00