항공 우주 재료의 진보는 다음 세 가지 요인에 달려 있다. 1 재료 과학 이론의 새로운 발견: 예를 들어 알루미늄 합금 시효 강화 이론은 경질 알루미늄 합금의 발전을 초래한다. 고분자 재료의 강성 분자 사슬의 방향 배열 이론은 고강도, 고계수 아라미드 유기섬유의 발전을 가져왔다. (2) 재료 가공 기술의 진보: 고대 주조 기술이 방향 응고 기술 및 정밀 단조 기술로 발전하여 고성능 블레이드 재료를 실용화한다. 복합 재료가 섬유 포장 설계 및 기술을 향상시킴에 따라 다양한 응력 방향에서 최적의 특성을 가지므로 복합 재료가 "설계 가능성" 을 가지며 응용할 수 있는 넓은 전망을 열어줍니다. 열등정압 (HIP) 과 초극세 분말 제조 기술 등 신기술의 성과는 분말 야금 터빈 디스크 및 고성능 세라믹 부품과 같은 새로운 성능의 항공 우주 재료 및 부품을 만들었습니다. (3) 재료 성능 테스트 및 무손실 검사 기술의 진보: 현대 전자 광학 기기는 재료의 분자 구조를 관찰할 수 있습니다. 재료 역학 성능 테스트 장치는 이미 비행기의 하중 스펙트럼을 시뮬레이션할 수 있으며 무손실 감지 기술도 빠른 발전을 이루었다. 재료 성능 테스트 및 무손실 테스트 기술은 항공기 설계에 실제 사용 조건에 더 가까운 재료 성능 데이터를 제공하고 생산에 제품 품질을 보장하는 테스트 수단을 제공하고 있습니다. 이 세 가지 방면에서 모두 성숙 단계로 발전해야만 비행기에 적용할 수 있는 새로운 종류의 항공 우주 재료이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 이에 따라 세계 각국은 우주소재를 우선적으로 고려하고 있다. 중국은 1950 년대에 베이징 항공 재료 연구소와 베이징 항공 우주 재료 기술 연구소를 설립하여 우주 재료의 응용 연구에 종사했다.
소개 18 년 60 년대의 유럽 산업 혁명은 방직업, 야금업, 기계 제조업을 크게 발전시켜 인류가 천연재료로 하늘을 도전할 수밖에 없는 시대를 종식시켰다. 1903 년에 미국 라이트 형제는 피스톤 항공 엔진이 장착된 최초의 비행기를 만들었다. 당시 사용된 재료는 나무 (47%), 강철 (35%) 및 천 (18%) 이었고 비행기의 비행 속도는 16 km/h,/kloc-에 불과했다 1940 년대에 나타난 전금속 구조 항공기 운반 능력이 크게 향상되어 비행 속도가 600km/h 를 넘었다. 합금 강화 이론을 바탕으로 발전한 일련의 초합금은 제트 엔진의 성능을 높였다. 1950 년대 티타늄 합금의 연구 성공과 응용은 날개 스킨의' 열장벽' 문제를 극복하는 데 중요한 역할을 했다. 비행기의 성능이 대폭 향상되어 최대 비행 속도가 음속의 3 배에 이른다. 1940 년대 초에 등장한 독일 V-2 로켓은 일반 항공 재료만 사용했다. 1950 년대 이후, 재료 제거 및 열 방지 이론이 등장했고, 절삭 재료 개발이 성공하여 탄도 미사일 탄두 재진입 열 방지 문제를 해결했다. 1960 년대 이후, 항공 우주 재료의 성능이 지속적으로 향상됨에 따라 일부 항공기 부품은 탄소 섬유나 붕섬유 강화 에폭시 수지 기반 복합 재료 및 금속 기반 복합 재료와 같은 고급 복합 재료를 사용하여 구조적 무게를 줄였습니다. 귀환 우주선과 우주 왕복선은 대기로 재진입할 때 공압난방 과정을 만나 탄도미사일 탄두보다 가열 시간이 훨씬 길지만 가열 속도는 느리고 열흐름은 작다. 항산화 성능이 더 좋은 탄소복합세라믹 단열기와 같은 특수 소재를 사용하면 방열 문제를 해결할 수 있다.
분류 항공기는 1980 년대에 기계와 전자가 고도로 통합된 제품으로 발전했다. 다양한 성능 고급 구조 재료와 전기, 빛, 열, 자기 등 다양한 성능의 기능성 소재를 사용해야 합니다. 사용 대상에 따라 항공 우주 재료는 항공기 재료, 항공 엔진 재료, 로켓 미사일 재료 및 우주선 재료로 나눌 수 있습니다. 재료의 화학 성분에 따라 금속 및 합금 재료, 유기 비금속 재료, 무기 비금속 재료 및 복합 재료로 나눌 수 있습니다.
재료의 조건 많은 항공 우주 재료로 만든 부품은 종종 초고온, 극저온, 고진공, 고응력, 강부식 등 극단적인 조건에서 일해야 한다. 일부 부품은 무게와 수용 공간에 의해 제한되며 정상적인 상황에서 동등한 기능을 최소한의 부피와 질량으로 완성해야 합니다. 일부 부품은 대기나 외계에서 장기간 운행해야 하며, 부품을 검사하거나 교체하는 것을 멈출 수 없으므로 높은 신뢰성과 품질 보증이 있어야 합니다. 작업 환경에 따라 항공 우주 재료의 특성이 달라야 합니다.
높은 강도와 강성보다 항공기 재질에 대한 기본 요구 사항은 재질이 가볍고 강도가 높으며 강성이 좋다는 것입니다. 비행기 자체의 구조적 무게를 줄이는 것은 운반 능력을 높이고 기동성을 높이며 비행 거리나 항로를 늘리고 연료나 추진제의 소비를 줄이는 것을 의미한다. 비강도 및 비강성은 우주 재료의 역학 성능을 측정하는 중요한 매개변수입니다.
비강도 =/
비율 강성 =/여기서 [kg2][kg2] 는 재질의 강도, 재질의 탄성 계수 및 재질의 비중입니다.
비행기는 정적 하중 외에도 이착륙, 엔진 진동, 회전 부품 고속 회전, 기동 비행, 돌발 바람 등으로 인한 교번 하중을 받을 수 있어 재료의 피로 성능도 큰 관심을 받고 있다.
고온 및 저온 내성이 뛰어난 항공기가 경험하는 고온 환경은 공기 역학 난방, 엔진 가스 및 공간에서의 태양 복사로 인해 발생합니다. 비행기는 공중에서 장시간 비행해야 하는데, 어떤 비행속도는 음속의 3 배에 달한다. 사용된 고온 재질은 고온 내구성, 크리프 강도 및 열 피로 강도가 우수하고, 공기 및 부식 매체에서 높은 항산화성과 내열부식성을 가지며, 고온에서 장기간 작동하는 구조적 안정성을 가져야 합니다. 로켓 엔진의 가스 온도는 3000[2oc] 이상이며 스프레이 속도는 마하 10 여 개에 달할 수 있다. 또한 고체 로켓 가스는 고체 입자와 섞여 있습니다. 탄도 미사일 탄두가 대기로 재진입할 때 속도는 마하 20 이상에 달하며 온도는 섭씨 수만 도까지 올라갈 수 있으며, 때로는 입자 구름에 침식되기도 한다. 따라서 항공 우주 기술 분야와 관련된 고온 환경에는 고온 고속 기류와 입자 침식이 모두 포함되는 경우가 많습니다. 이 조건에서는 용융열, 기화열, 승화열, 분해열, 화합열, 고온점도 등과 같은 재질의 물리적 특성을 이용하여 고온의 요구 사항을 충족하도록 고온 절삭 재질 및 냉각 재질을 설계해야 합니다. 태양 복사는 외공에서 운행하는 위성과 우주선 표면 온도의 교신을 일으키며, 일반적으로 온도 조절 코팅과 단열재를 통해 해결된다. 저온 환경의 형성은 자연과 저온 추진제에서 비롯된다. 비행기가 성층권에서 아음속으로 비행할 때 지표 온도는 -50[2oc] 정도로 떨어지고 극권 각 지역의 한겨울은 공항 주변 온도를 -40[2oc] 이하로 떨어뜨린다. 이런 환경에서 금속 부품 또는 고무 타이어는 깨지지 않아야 한다. 액체 로켓은 액체 산소 (비등점-183[2oc]) 와 액체 수소 (끓는 점 -253[2oc]) 를 추진제로 사용하여 재료에 더욱 까다로운 환경 조건을 제시했다. 이 경우 일부 금속 재질 및 대부분의 중합체 재질이 바삭해집니다. 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 저온강, 폴리 테트라 플루오로 에틸렌, 폴리이 미드, 퍼플 루오로 폴리 에테르와 같은 적절한 재료를 개발하거나 선택해야만 극저온 구조의 베어링 용량 및 밀봉 문제를 해결할 수 있습니다.
노화와 부식에 대한 내성: 다양한 매체와 대기 환경이 재료에 미치는 영향은 부식과 노화입니다. 항공 우주 재료의 접촉 매체는 항공기 연료 (예: 휘발유, 등유), 로켓 추진제 (예: 농축 질산, 사산화질소, 히드라진), 각종 윤활제, 유압유이다. 대부분은 금속과 비금속 재료에 강한 부식이나 팽창 작용을 한다. 고분자 재료는 대기 중 태양에 노출되고 비바람에 침식되어 오랫동안 지하 습한 환경에 보관되어 있는 곰팡이가 고분자 재료의 노화 과정을 가속화한다. 부식 방지, 노화 방지, 곰팡이 방지는 우주 재료가 갖추어야 할 좋은 특성이다.
공간 환경에 적응하여 공간 환경이 재질에 미치는 영향은 주로 고진공 (1.33×10 [55-1] PA) 과 우주 광선 복사로 나타납니다. 금속 재료가 고진공 상태에서 서로 접촉할 때, 고진공 환경에서 표면이 정화되어 분자 확산 과정이 빨라지면서' 냉용접' 현상이 나타난다. 비금속 재료는 고진공과 우주광선에 비춰지면 휘발과 노화를 가속화한다. 때때로 이 현상은 휘발물 침착으로 인해 광학 렌즈를 오염시키고 밀봉 구조는 노화로 인해 무효가 될 수 있다. 공간 재료는 일반적으로 지상 시뮬레이션 실험을 통해 공간 환경에 맞게 선택하고 개발합니다.
수명과 안전 비행기의 구조적 무게를 줄이기 위해 절대적으로 믿을 수 있는 안전수명을 달성하기 위해 가능한 한 작은 안전여유를 선택하는 것이 항공기 설계의 목표로 여겨진다. 미사일이나 발사체 등 단시간에 사용되는 항공기에 대해서는 재질 성능을 극대화하기 위해 노력하고 있다. 재료의 강도를 최대한 활용하고 안전을 보장하기 위해 금속 재료는' 손상 허용 설계 원칙' 을 채택했다. 이를 위해서는 재료가 높은 비율 강도뿐만 아니라 높은 파괴 인성도 있어야 한다. 시뮬레이션 사용 조건에서 재질의 균열 발생 수명과 균열 성장률 데이터를 측정하여 허용 균열 길이와 해당 수명을 계산하는 것이 설계, 생산 및 사용의 중요한 근거입니다. 유기 비금속 재료의 경우, 자연 노화와 인공 가속 노화 실험을 실시하여 그 수명의 보험 기간을 결정해야 한다. 복합 재료의 실효 모드, 수명 및 안전성 또한 중요한 연구 과제이다.