
2020-2025年版机床产业政府战略管理与区域发展战略研究咨询报告
从正在举行的2020年中国航天大会上了解到,在全球航天这一前沿领域,我国科学家正进行相关研究。如果航天飞行器具备随时变形或适应环境连续改变能力等特殊性能,那么就可以在复杂飞行环境中完成更多更具挑战性的任务。
西安电子科技大学空间科学与技术学院院长李小平在大会上作了题为《柔性可变形跨域智能飞行前沿探索》的演讲。据介绍,跨空域、跨速域的跨域飞行,是航空航天领域最具颠覆性和变革性的战略发展方向。运用特殊材料和智能控制等技术,具备变高度、变厚度、变长度、机翼扭转等能力,以及智能飞行等其他性能特性的柔性可变形跨域智能飞行器,是人类实现跨域飞行,自由进出和充分利用空间的重要手段之一。
航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料,是航空航天工程技术发展的决定性因素之一,也是航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。航空航天材料有具有优良的耐高低温性能以及耐老化和耐腐蚀性能,能适应空间环境。它广泛应用在航空航天和军事领域,在民间的其它产品制造中也一展身手。虽然碳纤维材料有许多的优点,但它的生产却极其不易,生产工艺流程长,需要突破技术方面的困难多。
根据中研普华产业研究院发布的《2019-2025年航空航天材料产业深度调研及未来发展现状趋势预测报告》显示:
航空航天用飞行器在飞行时需承受长时间气动加热,基体表面将产生高温,为了保证飞行器的主体结构及内部仪器设备的安全,须使用高效隔热材料阻止外部热流向内部扩散。同时,轻质高效的隔热防护系统对降低飞行器载荷、延长飞行距离等均具有重要的意义。
碳纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、化学稳定性好、比强度高等优点,在电子、能源、航空航天等领域具有广泛的应用前景。碳纳米纤维膜材料随着石墨化程度的提升,耐高温性能逐渐提升,然而其隔热性能也将大幅下降,因此难以满足耐高温与隔热性能同步提升的需求。陶瓷气凝胶材料具有优异的耐高温、耐腐蚀及隔热性能,是航空航天飞行器热防护的主要材料之一。
2020航空航天材料产业发展趋势
航空材料的发展趋势在技术层面可用“六化”来概括,即信息化、复合化、多功能化、高性能化、低维化、智能化,具体表现为全面推进计算辅助材料设计技术、复合材料未来尚有巨大发展空间、结构材料向多功能化发展、发动机材料向超高温结构材料发展、低维化是未来航空材料发展的必由之路、智能材料开发方兴未艾、隐身材料朝着多功能方向发展、电子信息功能材料争奇斗艳等。
高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员,是制造航空航天发动机热端部件的关键材料,在先进的航空发动机中,高温合金用量占发动机总重量的40%-60%以上。目前,国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨,被广泛应用于各个领域。中国目前高温合金材料年生产量约1万吨左右,每年需求可达2万吨以上,市场容量超过80亿元。根据中国金属学会高温材料分会,航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金领域需求量在3000余吨,且每年呈15%以上的速度增长。
2020航空航天材料产业发展现状
目前,航空航天领域是碳纤维主要应用领域之一,这主要得益于碳纤维具有质轻、高强度的属性。碳纤维相对于钢或铝,减重效果可以达到20%至40%,在航空航天领域,主要应用于飞机的结构材料(占飞机重量的30%左右),因此综合来看碳纤维的使用能使飞机重量减轻6%至12%,从而显著地降低飞机的燃油成本。在航空航天领域,碳纤维最早用于人造卫星的天线和卫星支架的制造,同时因其耐热耐疲劳的特性,碳纤维在固体火箭发动机壳体和喷管上也得到了广泛应用。
随着航空航天技术的进步,发展新一代质量更轻、更节能、更环保的商用飞机将成为未来的趋势。全球航空商旅业务正在经历持续的增长,航空客运、货运等领域在未来几年持续的高需求,将促进航空制造业发展。生产更多的飞机也预示着制造业对航空航天材料的需求不断提升。由于全球的航空航天零部件制造商对材料的高需求,亚太、欧洲和北美地区航空航天材料市场正在持续走高。
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