5M以上的外大气层飞行器得什么材料制造？

来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 11:12:33
5M以上的外大气层飞行器得什么材料制造？
看过一篇说用冲压发动机在大气层边缘玩“水漂”，走的是波浪形轨迹，在低点，大气稠密的地方冲压发动机工作，加速，爬升，达到速度之后关闭发动机，走无动力准弹道曲线，再回落。往复循环。速度超过5M。5M以上的外大气层飞行器得什么材料制造？
看过一篇说用冲压发动机在大气层边缘玩“水漂”，走的是波浪形轨迹，在低点，大气稠密的地方冲压发动机工作，加速，爬升，达到速度之后关闭发动机，走无动力准弹道曲线，再回落。往复循环。速度超过5M。
X-37和X-43那些，似乎都是使用的钛基复合材料

一部分机体肯定是要使用烧蚀材料的，每次飞行后会更换
MS5M不够吧，这个弹跳式飞行得7~10M吧
M4或以下，金属铍可以；马赫5或5以上，碳-碳复合材料。
陶瓷呀，便宜又好用。
百臂巨人 发表于 2010-8-21 14:48


    光考虑耐高温的性能陶瓷应该问题不大，不知道结构刚性如何，那么大的一个载体
石墨防热瓦和碳-碳复合材料
百臂巨人 发表于 2010-8-21 14:48
（结构材料）用陶瓷，现在可能还不现实吧~
quickbirdliu 发表于 2010-8-21 15:27

耐高温应该够的  但是陶瓷要做那么大一个载体 应该不行
现有的运用在航天上的陶瓷主要都是小块粘贴用于隔热的
尤瑞纳斯 发表于 2010-8-21 14:44


    铍的耐热和化学性质都不合适吧...

估计是钛铝间化物或者如楼主所说碳化硅纤维增强钛基复合材料...
plebeian 发表于 2010-8-21 16:28
铍的耐热和化学性质都很好（铍表面有一层致密的氧化膜，可以在空气中加热到红热状态而不会继续氧化，铍的熔点在1280度左右，但400度左右它的基本力学参数还是很好，且铍有无与伦比的热熔和导热速率），限制它的使用是因为它的毒性和价格；钛铝间化物？好像是铝-铁（+镧）合金吧？碳化硅纤维增强钛基复合材料偶不太清楚（纤维/晶须增强金属基材料也是方向之一），但C-C复合材料好像被阐述的更有前途~:handshake
尤瑞纳斯 发表于 2010-8-21 16:48
金属铍的密度只有铝的2/3，但比强度等力学性能是铝合金等难以望其项背的，钛合金也不如铍的。
尤瑞纳斯 发表于 2010-8-21 16:50
打个不恰当的比喻，金属铍就相当于一种比重只有1.85的不会疲劳的钢铁（莫氏硬度还要高），可怕吧？可惜铍的丰度太低了~
铍毒性太大了。。。
尤瑞纳斯 发表于 2010-8-21 16:48

金属铍的氧化物剧毒，吸入会造成肺水肿，所以铍合金（如铍铜）西方一般能不用就不用。
……铝。
马甲2 发表于 2010-8-21 13:04

比较现实的还是镍箔，就象黑鸟一样。铝：耐温不够；钛：高温化学活性太高，钛的高铝合金到有可能。陶瓷可靠性不够，　碳碳太贵。
……可以看看航天飞机是什么做的。
钛合金+隔热层
phenixw 发表于 2010-8-21 16:54
铍在飞机垂尾上用得较多。铍青铜只能部分被钛青铜替代，但它的弹性模量、抗疲劳性、不产生火花、很高的力学性能（如屈服强度等）以及高的传热性能诸优点基于一身，不是那么容易被替代的。
镍基合金做冲压发动机能用到M5，重量另说
http://ftp.rta.nato.int/public// ... //EN-AVT-150-10.pdf
http://ftp.rta.nato.int/public/P ... -AVT-150-10-PPT.pdf
铝加印度神油
这个，大气层外应该考虑耐冷了吧？而不是耐热。
参观过美国的一个工厂，基本上是碳化硅增强的钛基复合材料。碳化硅纤维先用气相沉积法生长出一个膜，隔绝钛合金以免发生化学反应，然后是很薄的钛板之间铺上纤维，在大约1000摄氏度和惰性气体的高压下融合成一体。

似乎成本有点高，呵呵。
感觉钛铝间化合物也许更好吧，但室温下延性小，这些都是问题。
碳碳复合材料，加抗氧化涂层
在大气层内飞行的高超音速飞行器机体结构以铝合金为主，外敷绝热材料

以X-51A为例，
红色：钨
黄色：镍基合金
青色：铝合金
黑色：碳纤维网
绿色：钛合金

图片1.jpg
C/C复合材料可用作航天飞机的高温耐烧蚀材料和高温结构材料，如当航天飞机重返(再入)大气层时，机头温度高达1463℃，机翼前缘温度也高达上千度，这些苛刻的耐热部位都采用了C/C复合材料，如美国的航天飞机、国家空天飞机（NASP）等机翼前缘和机头锥都采用了C/C复合材料；日本HOPE航天飞机、法国海尔斯(Hermes)航天飞机、俄国暴风雪号航天飞机、德国桑格尔(Sanger)空天飞机、俄国图-2000空天飞机的机翼和机头锥也采用了C/C复合材料。
由C/C复合材料制作的导弹弹头的端头（鼻锥），一方面可经受导弹再入时高温环境的考验，另一方面使命中精度得到提高；导弹发动机喷管的工作环境十分苛刻，不仅要求材料线烧蚀率低，而且抗热震性能要优异，C/C复合材料能够满足这些要求，因而在各种火箭、导弹上得到广泛应用，如美国的民兵Ⅲ、MX、SICBM、三叉戟Ⅱ、SDI、卫兵等导弹的端头和喷管等部件也采用了C/C复合材料。
表4-5   国外航天（空天）飞行器防热系统结构
国家        航天（空天）飞机型号        不同温区的TPS方案
                高温区        中温区        低温区
美国        哥伦比亚        CC        陶瓷瓦（HRSI和LRSI）        柔性隔热毡（FRSI）
        第二代航天飞机        CC        高温合金蜂窝加隔热层        钛合金多层壁
        X-30        带主动冷却C/C        陶瓷基复合材料，C/C        高温碳化硅纤维增强的钛铝化合物
        X-33        C/C        Inconel617金属面板防热系统
        x-43        C/C、W        陶瓷瓦        钴铬镍耐热合金
英国        Hotol        C/C热结构        高温合金瓦加隔热毡        钛合金多层壁
德国        Sanger        C/C热结构        高温合金瓦        钛合金多层壁
日本        Hope        CC        ACC面板或高温合金蜂窝结构        钛合金多层壁
法国        Hermes        C/C或C/SiC        陶瓷瓦        柔性隔热毡
plebeian 发表于 2010-8-21 21:18


相对比较高吧
成本高还得看碳碳复合材料
尤瑞纳斯 发表于 2010-8-21 16:48


    嗯，就性能而言
碳碳复合材料确实是最出色的
只是：制备时间长，成本高，难以维修
plebeian 发表于 2010-8-21 21:22
既然是金属间化合物，那么它们应该有相对恒定的组成和晶型。而晶粒太大，就容易导致各向异性趋势较大，是故，其室温下延展性小~
回复 27# cmj9808
紫色是碳纤维网吧？
raptorlead 发表于 2010-8-21 20:40


    想法不错，新颖！
马甲2 发表于 2010-8-21 13:04
乘波飞行~~{:wu:}
听说过用铍球做陀螺仪
千锻青松 发表于 2010-8-21 23:18
同意您的观点~:handshake！只有等人类科技再进步了，只有石墨烯和金属碳才可以取代现在的碳碳复合材料~。喔！还有可怕的金属氢！
lizyu 发表于 2010-8-21 17:00
首先是航天飞机的成本和载荷要求不同于一般军民用的。再就是航天飞机重返大气层的过程相对短暂。如果以洲际飞行时间2小时为常见要求连续在高M加热中飞行，要求就不同了。
想到F22之后的战机或新型民用飞机可能就是这类超高速飞机了。感觉冲压发动机可能还相对好解决。但过去不是问题的机体材料及其工艺可能又称为一个新的问题。
歼击机07 发表于 2010-8-21 17:07
隔热层在外，钛合金基底，相对还好解决。不过成本控制不容乐观。
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