航空材料与飞机研究进展.ppt

航空材料的研究进展,报告人：王桂青,航空材料发展的几个阶段高温合金铝合金钛合金超高强度结构钢复合材料,报告内容,一部人类文明史从某种意义上说就是一部使用材料和发展材料的历史。对材料的认识、以及研制材料、发展材料、使用材料的能力是人类社会进步的最基础、最原始、最本质的驱动力。,材料的使用与发展,航空工业领域从来就是先进材料技术展现风采、争奇斗艳的大舞台。100多年来，材料与飞机一直在相互推动不断发展，至今已经历了四个发展阶段，正在跨入第五阶段。第一阶段是19031919年，机体采用木、布结构。第二阶段是19201949年，机身使用了铝合金和钢。第三阶段是19561969年，飞机材料中增加了钛。第四个阶段是1970年到当前，其特点是增加了复合材料。,航空材料发展的几个阶段,现代飞机和发动机中最重要的五大类结构材料：高温合金、铝合金、钛合金、超高强度结构钢、复合材料,高温合金高温合金是为满足喷气发动机对材料的苛刻要求而研制的，是军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已超过50%。可以说，没有高温合金就没有现代航空工业。高温合金的发展与航空发动机的技术进步密切相关。发动机热端部件涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是发动机发展的重要标志。,制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用。真空熔炼技术：使得合金中有害杂质和气体有效去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高，研制出了Mar-M200、In-100和B-1900 等高性能的铸造高温合金。定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功推动了高温合金的迅猛发展。定向凝固技术最为突出。目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制造涡轮叶片。,高温合金制造工艺,从国际范围来看，Ni 基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系,定向柱晶合金发展了三代，第二、三代合金与第一、二代单晶合金性能相当。单晶合金第一代、第二代、第三代都已成功在航空发动机上应用，如 PWA1480、PWA1484、CMSX-4、ReneN5、RR3000 等。四代单晶合金也在研制之中，并制造成复合冷却空心叶片，用于高性能发动机。新单晶合金的超冷叶片（双空壁铸冷）也在高性能验证机上使用。粉末高温合金也由第一代650发展到750、850粉末涡轮盘和双性能粉末盘，在先进高性能发动机上使用。如损伤容限粉末合金Rene88DT已用作F119发动机一级涡轮盘。,国外高温合金的发展,20 世纪70年代前高温合金的创业和起步时期，由于我国第一、二代发动机的需求，我国研制和发展了GH 系列的变形高温合金，如GH4133、GH4049、GH4169 以及K 系列的铸造高温合金，如K403、K405、K417G 等。其中有仿苏联、仿欧美，也有独立自主研制的。同时也发展了许多新的制造技术，如真空熔炼和铸造、空心叶片铸造、等温锻造等。其中最为突出的是K417 合金9 小孔空心冷却涡轮叶片，它是我国第一个铸造空心冷却叶片在航空发动机上使用。,我国高温合金的发展,用于生产铸造涡轮叶片的模具组,20世纪70年代后，我国测仿了欧美航空发动机，高温合金的研制中也引进了欧美的技术，按国外的技术标准进行研制和生产，对材料的纯洁度和综合性能提出了更高的要求，研制了高性能变形高温合金、铸造高温合金。DZ 系列的定向凝固柱晶合金如DZ4、DZ22 等，DD 系列的单晶合金DD3、DD402 等使我国高温合金在生产工艺技术和产品质量控制上了一个新台阶，基本达到和接近西方工业发达国家的水平。最为显著的是复合冷却DZ22定向柱晶无余量精铸叶片的研制，已在某高性能发动机上成功应用。DD3 单晶涡轮叶片和FGH95 粉末盘首次在小型发动机上使用，开创了先进高性能发动机研制的新局面。,我国高温合金的发展,铝合金铝合金的比强度和比刚度与钢相似，但由于其密度较低，因此在同样的强度水平下可提供截面更厚的材料，在受压时的抗屈曲能力更佳，因此铝合金成为经典的飞机结构材料。欧美国家航空铝合金的发展已经历了第一代静强度铝合金、第二代耐腐蚀铝合金和第三代高纯铝合金。它们广泛用作B737、B747 系列改型、B757/767、A320、A330、A340等民用客机以及F15、F16、F18、F22等战斗机主体结构材料。,特点,发展,20世纪80年代末至90年代中期，第四代耐损伤铝合金2524-T3和7150-T77的研制成功是航空铝合金跨时代的进步，是铝合金发展史上的里程碑。引领这个发展的推动力来自精密热处理技术及合金成分精确控制等关键技术的突破。传统铝合金因此完成了向高性能铝合金的里程碑式大发展，其标志性产品是2000系传统铝合金和7000系传统铝合金推陈出新的牌号耐损伤2524-T3合金和高强、高韧、耐蚀7150-T77和7055T77合金。7150-T77厚板和挤压材、7055-T77厚板和挤压材、2524-T3板材、2197-T861板材等高性能铝合金为第四代战斗机F-35、第三代民机B777 以及大型军用运输机C-17 等飞机耐久性/损伤容限设计思想的实现提供了材料技术保障。,铝合金,发展,在第四代铝合金技术发展的时，铝锂合金在最先进的特大型民用飞机A380 上的大量应用是空客新一代飞机的一大特色。A380 选用铝锂合金制造地板梁，A350 选用铝锂合金制造机身蒙皮和地板结构等，其用量预计高达总结构重量的23%。,空客A350宽体飞机,空客A380,铝合金,发展,新型高强铝合金7085的问世为特大锻件在A380 上的应用开辟了道路。已有高强铝合金的锻件或厚板的厚度均有一定限制，例如7055限于38毫米，7150 虽较理想，其厚度也不允许大于120毫米。为了能获得厚度更大的高强铝合金锻件或厚板，美国美铝公司开创了一个具有专利权的7085 铝合金，由于淬透性好，其最大厚度可达300毫米，制成的A380 飞机后翼梁是迄今为止最大的一个飞机模锻件，尺寸为6.4米1.9米，重约3.9吨。,铝合金,发展,国内航空铝合金的发展已走过几个发展阶段。总的讲，我国铝合金的研制主要跟踪国际先进水平，但关键技术的突破以及品种、规格的系列化发展和工程应用水平距离国外还有较大差距，亟待建立第三、四代铝合金完善的材料体系。,铝合金,国内发展,除铝合金材料之外，欧洲首先发明了纤维-金属层板复合材料，其早期产品是芳纶纤维-铝合金复合材料层板，出现已超过20 年，其后是玻璃纤维-铝合金层板。美铝公司又推出所谓“无忧”材料混杂结构创新的概念，它合了纤维增强树脂基复合材料抗疲劳的优势和先进铝合金材料低成本、抗腐蚀的性能优势，可望在未来的机身材料竞争中占得一席之地。,铝合金复合材料,发展,铝合金所能承受的温度载荷有限，导致钛合金航空材料在20世纪70年代出现，并在飞机上使用。飞机结构钛合金材料钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好和耐高温等一系列优点，能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工，因而在飞机及发动机上获得了广泛应用。当今，钛合金用量占飞机结构重量的百分比已成为衡量飞机用材先进程度的重要标志之一。,钛合金,铝合金的缺点,钛合金的缺点,钛合金的应用,钛合金,国外军用运输机钛合金用量也在不断提高。美国1970 年开始服役的C-5 运输机钛用量为6%，1992年开始服役的C-尔-76运输机的钛合金用量达12%。钛合金在国外民用飞机上的用量也随飞机设计和性能水平的提高而不断增加。,钛合金,应用,高损伤容限性能是新一代战斗机（包括高推比发动机）长寿命、高机动性、低成本和损伤容限设计需要的重要材料性能指标。美国率先把破损-安全设计概念和损伤容限设计准则成功应用在先进战斗机上。F-22 战斗机的一个非常明显的特点就是大量采用损伤容限型钛合金及其大型整体构件，以此满足高减重和长寿命的设计需求。其被选用在F-22飞机中后机身、机翼、发动机附近对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件如梁结构等，而F-22 后机身几乎就是钛合金与复合材料制造的。,钛合金,应用,Ti-6Al-4V ELI在美C-17军用运输机上的特大型锻件上得到重要的应用；高强度钛合金Ti-6-22-22S也在C-17 飞机上的水平尾翼接头(转轴)等重要关键部位上得到应用。这两种钛合金的使用使大型运输机的寿命超过60000飞行小时！,钛合金,应用,在欧洲，空客A 380是首次推出全钛挂架的飞机，未来的A350也将采用全钛挂架。此外，空客公司与俄罗斯合作在BT22(Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe)基础上研发的一种新合金，具有强度与韧性的优良组合，已用于A380 机翼与挂架的连接装置。A380客机的钛合金刹车扭力管采用离心熔模精铸技术制成，这是欧洲首次采用钛合金刹车扭力管精铸件取代以往的锻件。,钛合金,应用,副翼强支座后梁,Ti-6Al-4V合金侧机身接头精铸件,前梁吊架铸件梁,Ti-6-22-22锻件Ti-6-4锻件Ti-6-4EL1锻件、厚板Ti-6-4薄板7050铝厚板石墨、双马来（BMI）复合材料,F-22机翼结构材料,高温钛合金主要用于制造航空发动机压气机叶片、盘和机匣等零件。这些零件要求材料在高温300600的工作条件下具有较高的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度、持久强度和组织稳定性。随着航空发动机推重比的提高，高压压气机出口温度升高导致高温钛合金叶片和盘的工作温度不断升高。经过几十年的发展，固熔强化型的高温钛合金最高工作温度由350提高到了600。,航空发动机用高温钛合金,我国在航空发动机上使用的工作温度在400以下的高温钛合金主要有TC4和TC6，应用于发动机工作温度较低的风扇叶片和压气机第1、2级叶片。500左右工作的高温钛合金有TC11、TA15 和TA7 合金，其中TC11 是我国目前航空发动机上用量最大的钛合金。已经正式获得应用的600高温钛合金是IMI834钛合金，该合金已经成功应用于EF2000战斗机发动机上，用于制造高压压气机整体叶盘。我国的600高温钛合金Ti60还处于研制阶段。,航空发动机用高温钛合金,一是600高温钛合金整体叶盘，它已用在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上。风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，与普通的叶片-轮盘榫槽连接结构相比可减重30%。其整体叶盘结构示意图见图所示。其次是TiAl金属间化合物材料。它具有低密度(3.84.0克/厘米3)、高弹性模量(160吉帕)、高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，可在760800长期工作，是非常具有发展前途的轻质耐高温结构材料，在航空发动机上最佳的应用是制造高压压气机叶片和低压涡轮叶片。,高温钛合金领域几个重要的发展方向,超高强度钢在飞机上的关键应用是作为起落架材料。第二代飞机采用的起落架材料是30CrMnSiNi2A钢，抗拉强度为1.7吉帕，涉及的主要制造技术有锻件锻造工艺、零件在空气炉或保护气氛炉中的热处理工艺、焊接工艺、以镀铬为主的防护工艺等。这种起落架的寿命较短，约2000飞行小时，如国内歼7飞机的起落架等。,超高强度钢,第三代战机设计要求寿命超过5000 飞行小时，同时由于机载设备增多，飞机结构重量系数下降，这就要求起落架选材和制造技术取得进步，因此300M钢（抗拉强度1.95吉帕）应用到第三代飞机的起落架上，主要的制造技术包括大型整体锻件锻造工艺、零件真空热处理工艺、表面强化工艺（喷丸、孔挤压、螺纹滚压）、和表面防护工艺（镀镉-钛）和镀铬等。美国和我国的第三代战机均采用300M 钢起落架制造技术。,超高强度钢,材料应用技术水平的提高也在推动起落架寿命的进一步提高和适应性的扩大。如A380 飞机起落架采用了超大型整体锻件锻造技术、新型气氛保护热处理技术和高速火焰喷涂技术，使得起落架寿命满足设计要求。新材料和制造技术的进步确保了飞机的更新换代。超高强度钢Aermet100 比强度很高，用作F-22 飞机起落架。更高强度的Aermet310钢断裂韧性较低，正在研究中。,超高强度钢,飞机在耐腐蚀环境中的长寿命设计对材料提出了更高的要求，AerMet100钢较300M钢而言，强度级别相当，而耐一般腐蚀性能和耐应力腐蚀性能明显优于300M 钢，与之相配套的起落架制造技术已应用于F/A-18E/F、F-22、F-35 等先进飞机上。国内探索超高强度不锈钢的工作取得了初步效果。国外还发展有超高强度齿轮（轴承）钢，如CSS-42LGearmetC69等，并在发动机、直升机和宇航中试用。国内发动机、直升机传动材料技术十分落后，北京航空材料研究院已自主研究开发了一种超高强度轴承齿轮钢。,超高强度钢,飞机、发动机结构材料家族中，复合材料是新成员。材料科学的发展造就了高强度、高模量、低比重的碳纤维，从而掀开了先进复合材料时代的序幕。日本于1959 年首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，并于60 年代初进入工业化生产；70 年代中期诞生了以碳纤维为增强相的先进复合材料。碳纤维增强复合材料的突出优势是目前其他任何材料无可比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性质以及耐腐蚀、耐疲劳特性，因此非常适应需要摆脱地心引力飞翔的航空飞行器和航天飞行器。,复合材料,军机复合材料的应用可分为三个阶段。第一阶段，复合材料主要用于舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等操纵面上，受力较小，制件尺寸较小，大约于20世纪70年代初即已实现。,复合材料,第二阶段，复合材料开始应用于垂尾、平尾等受力较大、尺寸较大的尾翼级部件，其中，美国F-14 战斗机在1971 年把硼纤维增强的环氧树脂复合材料应用在平尾上获得成功，被称为复合材料发展史上的一个里程碑。此后有F-15、F-16、米格-29、幻影2000、F/A-18等复合材料尾翼问世。自20世纪70 年代初至今，国外军机尾翼级的部件均已用复合材料制造。一般一架军机的垂尾、平尾全采用复合材料，则可占结构总重的5%左右。,复合材料,第三阶段，复合材料进入机翼、机身等主要承力结构的应用。这些结构受力大，尺寸大，其中，美国原麦道飞机公司于1976 年率先研制了F/A-18的复合材料机翼，并于1982 年进入服役，把复合材料的用量提高到了13%，成为复合材料应用发展史上的又一个重要的里程碑。此后，国外军机群起仿效，几乎都采用了复合材料机翼。如果飞机机身也采用复合材料，则复合材料的用量将超过20%，此进程亦从原麦道公司AV-8B 的前机身研制始。,复合材料,目前世界军机上复合材料用量约占全机结构重量的2050%不等。如果占到50%左右，则全机的主要结构几乎多由复合材料制成，如美国B-2 飞机即如此。,复合材料,Figure:Approximate primary structure material usage by weight on several Boeing programs.,民机从20世纪70年代初开始，也加入了应用复合材料的进程。以美国为例，大致走过了四个阶段。第一阶段，复合材料主要应用在受力很小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件，该阶段于20世纪70年代中期实现。第二阶段，受力较小的部件如升降舵、方向舵、襟副翼等开始应用复合材料制造，该阶段约于80 年代中期结束。我国ARJ 21支线飞机的复合材料技术水平大致在这个阶段。第三阶段，复合材料应用在受力较大的部件，主要是垂尾、平尾等，如波音公司B777的复合材料垂尾、平尾，其共用复合材料9.9吨，占结构总重的11%。,复合材料,第四阶段，复合材料进入飞机最主要受力部件机翼、机身上的应用，这主要是指波音公司的B787“梦想”飞机。复合材料在B787上的应用典型地代表了飞机结构复合材料化的发展趋势。B787飞机共使用复合材料50%，超过了铝、钛、钢金属材料的总和，主要应用在机翼、机身、垂尾、平尾、机身地板梁、后承压框等部位，是第一个采用复合材料机翼和机身的大型商用客机。波音强调指出，如此的选材决定将使波音占据世界先进材料技术的制高点，领跑世界的飞机结构设计技术。波音还认为，先进复合材料除可大幅减重，增加燃油效率20%外，还可提供更好的耐久性，降低使用维护要求，增加未来发展的潜力和空间。,复合材料,在欧洲，空客亦于20世纪70年代中期开始了先进复合材料在A 300系列飞机上的研究应用,用七年时间，于1985年完成了A320全复合材料垂尾的研制，此后，A300 系列飞机的尾翼一级的部件均采用了复合材料，将复合材料的用量迅速推进到了15%左右，此时的情况超过了美国波音。,复合材料,空客A380超大型客机于2005年年初下线并首飞。该机共用各种复合材料25%左右，主要应用在中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，仅中央翼盒就用复合材料5.3 吨，实现减重1.5吨。其水平尾翼的大小超过A320的机翼，半展长19米，内装燃油，号称世界上正在飞行的最大复合材料整体油箱。其机身后承压框为6.2米5.5米，号称世界上最大的RFI整体成型构件。机身上壁板应用GLARE复合材料，共27块，470平方米，用量占A380总结构重量的3%，提高了使用寿命和可维修性。A380开创了先进复合材料在大型客机上大规模应用的先河。欧洲正在研制的大型运输机A400M 将使用复合材料40%，包括机翼、垂尾、平尾和48共32个螺旋桨桨叶。,复合材料,世界军机、大型民机复合材料的应用情况,直升机包括军用、民用和轻型直升机三类。先进复合材料在各种直升机上的用量均很大，如V-22 可垂直起落，倾转旋翼后又能高速巡航，该机结构的50%由复合材料制成，包括机身、机翼、尾翼、旋转机构等，共用复合材料3吨多。,复合材料,美国武装直升机“科曼奇”（RAH-66）共使用复合材料50%。欧洲最新的“虎”式武装直升机复合材料用量高达80%，接近全复合材料结构。我国与法国、新加坡合作研制的轻型直升机EC-120 的机身、垂尾、水平安定面、尾翼、前舱等结构均由复合材料制成。,欧洲最新的“虎”式武装直升机复合材料用量高达80%，接近全复合材料结构。,我国与法国、新加坡合作研制的轻型直升机EC-120 的机身、垂尾、水平安定面、尾翼、前舱等结构均由复合材料制成。,无人机(UAV)包括无人作战机(UCAV)、无人侦察机和各种小型、微型、超微型无人机。军用无人机具有的低成本、轻结构、高机动、大过载、高隐身、长航程的技术特点，决定了其对减重的迫切需求，因此复合材料用量都很大，鲜明地体现了飞机结构复合材料化的趋势。波音公司X-45 系列飞机复合材料用量达90%以上，诺格公司的X-47系列飞机基本上为全复合材料飞机，美国著名的“全球鹰”高空长航时无人侦察机共用复合材料65%，其机翼、尾翼、后机身、大型雷达罩等均由复合材料制成，全复合材料机翼长达35米。欧洲的多任务无人验证机“梭鱼”、美国的远程攻击无人机“臭鼬”等的情况基本如此。,复合材料,热塑性复合材料：加工成型温度高，耐化学性差，加工周期短，韧性好。包括通用工程塑料用树脂（价格低廉的聚烯烃类，如聚丙烯、聚乙烯，性能居中的聚酰胺、热塑性聚酯、聚碳酸酯等）和高性能热塑性树脂主要有聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫酸（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）、聚酰胺（PA）和聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚酸亚胺（PI）等热固性复合材料：加工成型温度低，耐化学性好，加工周期长，性脆热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料,树脂基复合材料,树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或者芳纶等有机纤维。,先进树脂基复合材料：采用高性能增强材料（主要是碳纤维）增强的环氧、双马等树脂基结构复合材料高性能热塑性复合材料：目前的高性能热塑性树脂主要有聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫酸（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）、聚酰胺（PA）和聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚酸亚胺（PI）等，其中很多已经工业化生产,航空用树脂基复合材料,一般热塑性塑料的使用温度为50100，用玻璃纤维增强后，可提高到100以上。尼龙6的热变形温度为65，用30%玻璃纤维增强后，热变形温度可提高到190。聚醚醚酮树脂的耐热性达220，用30%玻璃纤维增强后，使用温度可提高到310，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。,航空用树脂基复合材料,航空航天中常用的热固性树脂常温下一般为液体，常温加工即可，相比而言高性能热塑性复合材料成型时一般需要较高的温度 常用的热固性树脂的固化温度为250以下，而PEEK等热塑性复合材料成型温度在350以上。同时先进热塑性复合材料的成型压力较大，而热固性复合材料的成用压力很低。较高的成型温度和较大的成型压力使得先进热塑性复合材料的制造成本很高，这是目前它们在各行业上的应用尚不普遍的根本原因之一。常用的热塑性复合材料成型工艺有：模压成型、热压罐成型、隔膜成型、拉挤成型、压延成型、纤维缠绕成型等，其中缠绕技术能较好的实现低成本和高效率的结合。,炭纤维增强热塑性复合材料除了具有树脂基复合材料共有的比强度、比模量高的性能外，同热固性复合材料比较，先进热塑性树脂复合材料的优点是：良好的韧性、较高的抗冲击性能、贮存寿命长、不要求特殊的贮存和运输条件、容易修理、可以重复使用有较高价值，部分热塑性树脂复合材料工作温度高，一些复合材料成型可采用金属加工的冲压工艺，材料质量稳定性好。热塑性复合材料也有其不足，主要是：成型温度高，例如以PEEK为基质的复合材料，成型温度高达400；成型压力大，有的树脂复合材料成型压力达30MPa，因树脂黏度大、纤维不易被浸透，复合材料中容隙含量高，部分树脂抗溶剂性能差，对周围应力裂纹敏感。,航空用树脂基复合材料,当前，航空用先进树脂基复合材料大都为碳纤维增强热固性树脂复合材料，其中环氧树脂占统治地位。第一代176固化的脆性环氧仍然是今天次承力和中等承力结构复合材料的主要树脂。第二代176固化的增韧环氧树脂复合材料主要用于冲击后压缩强度和湿热压缩强度要求较高的承力结构（价格较高）。双马来酰亚胺树脂(BMI)树脂的研究起步稍晚，但发展和应用速度很快，它的使用温度一般为150-250,多用于先进飞机(如美国第四代占机F-22)机身和机翼重要复合材料结构。目前以5250-4/IM7为代表的双马基高温复合材料已发展到第二代，工作温度达到177，广泛用于军机及民机高温部位。,航空用树脂基复合材料,高性能热塑性复合材料研究开发时间较短、缺少使用经验、试验数据也不多，价格也比较贵，PEEK、PEI每公斤100美元，AS4/PEEK预浸料每公斤大约500美元，加工工艺比较困难，因此至今还未在航空航天领域广泛应用。高温树脂基体的开发工作主要集中于聚酰亚胺树脂，其中最负盛名的是PMR-15树脂，已在发动机上得到了广泛应用。由于钛合金稀缺，聚酰亚胺预浸带正研究用来替代500以下的钛合金。此外，近些年来还在开发氰酸酯树脂，此树脂特别适于雷达罩复合材料和隐身结构复合材料。美国Amber公司开发的C740阻燃氰酸乙酯树脂系统与碳纤维组成的材料固化的的工作温度可达344，可用作无人机S-100的尾喷管及发动机。,航空用树脂基复合材料,航空发动机应用复合材料可以大幅度提高其推重比，因此先进复合材料已成为未来发动机关键材料之一。发动机用除树脂基复合材料外，因温度要求的关系，还会用到金属基、陶瓷基、碳/碳基等复合材料。,复合材料,发动机树脂基复合材料：主要用于冷端部件,如带钛前缘的复合材料风扇叶片、外涵道、静子叶片，转子叶片，包容机匣、反推力装置等。复合材料静子叶片与铝静子叶片比可减重50%以上，成本下降50%以上。发动机所用树脂基体多为可耐高温的聚酰亚胺树脂，如PMR-15 可耐温316，PMR-可耐温371。,复合材料,SiC 长纤维增强Ti 基复合材料(Ti-MMC)具有比强度高、比刚度高，使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的 SCS-6SiC/IMI834复合材料的抗拉强度高达 2.2吉帕，刚度达220吉帕，而且具有极为优异的热稳定性，在700温度暴露2000h 后，力学性能不降低。TiMMC叶环代替压气机盘，可使压气机的结构质量减轻70%。未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。,复合材料,英国罗罗公司研制的SiC/IMI834整体叶环,飞机材料的发展已经进入第五阶段，总趋势是复合材料和钛合金的用量不断增多。美国C-17大型军用运输机:钛用量占全机材料重量的10.3%（钛零件总重6.8吨），复合材料用量8.1%，铝合金用量69.3%，钢用量12.3%;欧洲军用运输机A400M:复合材料用量35%40%;空客A380:铝合金用量61%，复合材料用量22%，钛合金用量10%;波音B787:复合材料用量50%，铝合金用量20%，钛用量15%，钢用量10%;,飞机材料发展趋势,未来空客A350:复合材料用量52%，铝锂合金用量23%，铝合金用量11%，钛合金用量9%，钢用量14%，其他材料用量6%。上面的材料品种虽然没有发生大变化，但材料的性能、品质，与前几阶段在飞机上的应用比例相比，却发生了极大的变化。在这些数据的背后，是材料科学技术的跨越式发展、创新与进步。,飞机材料发展趋势,Figure:Approximate primary structure material usage by weight on several Boeing programs.,