武汉大学《航空航天技术概论》作业1 题目：材料科学在航空航天领域的应用前景
学院：物理科学与技术学院
专业：材料物理
姓名：曾瑞
学号： [1**********]19
2013年7月20日
谈材料科学在航空航天领域的应用前景
首先，需要说明一下的是，本人是物理科学与技术学院材料物理的学生，因而讨论的内容涉及材料科学技术与航空航天的关系和应用前景。
有人说，材料、能源以及通信将是21世纪的三大产业。可以看出，材料的份量举足轻重。在材料学科的发展过程中，一系列新材料的开发和应用无疑大大改善了人们的生活，促进了社会发展。当然，也包括航空航天。实际上，航空航天的发展在很大程度上取决于材料科学的发展，没有材料的发展与改进，航空航天就很难在技术上有新的发展和突破。另外，航空航天中出现的一些问题与挑战也给材料的开发提供了新的课题和很好的发展机会。以下将从几个方面来分别论述材料科学在航空航天领域的应用前景。
结构材料在航空航天领域的应用前景。众所周知，飞机在云层中高速飞行，机身和机翼承受着强大的冲击力，这就对材料的抗拉强度性能提出来很高的要求。由于铝合金有较高的强度、较小的密度与强大的耐腐蚀能力，铝合金在飞机的制造中倍受青睐。因此，当今的大飞机中，结构零件上是大量地使用铝合金。然而，随着对能源节约的观念的深入以及对效率的追求，减少飞机的燃油消耗成为当今航空航天领域的主题。一种观念认为，可以通过用适当的合金材料来代替铝合金材料，使机身重量减轻，因而可以减少燃油的消耗与提高负载。于是，镁合金脱颖而出，在于其质量仅为镁合金的66%（前提当然是强度相同）。然而，由于镁合金的抗腐蚀能力以及强度不够，其应用
还不够广泛。因此，对镁合金的研究还有待深入。另外，一种新型的材料即碳纳米材料也可以运用到飞机的制造上去，而且可以大大减轻飞机的重量。有研究表明，在保持相同强度的情况下，碳纳米材料的质量只有高强度钢铁的几百分之一，其效果是相当惊人的。如果能把它应用在航空航天上，那该是多么地令人欣喜啊！对飞行器而言，减少构造质量、节约燃油仍是发展的主题，因此一系列新型的超轻结构材料的研究与开发也将会创造航空航天史上新的篇章。
耐热材料在航空航天领域的应用前景。发动机是飞机的核心部件，是飞机的心脏。当前的飞机大部分为喷气式飞机，但喷气式飞机有一个特点，就是飞机发动机的温度特别高，这就对制造涡轮的材料提出了很高的要求。我国之所以还没有能力制造自己的大飞机而需要进口国外的飞机，原因就是还没有掌握研制高端的耐高温材料的技术。另外，高温耐热材料还可以用于能源的开发。众所周知，利用核聚变来产生能量可谓是取之不尽，用之不竭。如果能将核聚变产生的能量用于飞机，那么飞机将不需要任何燃油，就能飞行很长的时间。然而，进行核聚变有一个很重要的要求，那就是高温。如果能在降低温度的前提下开发出耐高温的材料，那么这将是可喜的。此外，航天飞行在返回地面的过程中，需要穿过稠密的大气层，因而产生高温，容易使飞行器熔化烧毁。当前采取的方法大多是牺牲法，即在飞行器的外表涂上厚厚的一层材料，在受热时发生物理或者化学变化吸热。但这只是一种消极的做法，毕竟是破坏性的，不能重复利用。一种可行的办法是研制出高温绝热材料，可以经受高温，而让舱内人员不受任何影
响。由此可见，高温耐热材料的应用前景是多么的广大 啊。
隐身材料在航空航天领域的应用前景。军用飞机的发展史其实就是一个隐身技术的发展史，各种不同类型的材料被用来作为飞机的“隐身剂”。战斗机的隐身性能往往能够决定一架飞机的好坏。如果雷达探测不到它的存在，那么战斗机就可以为所欲为，在战斗中占据上风。个人觉得具备吸收电磁波能力的隐身材料更有利用的价值，因为更具雷达的特性，雷达就检测不到飞机的存在。因此，飞机隐身的关键就在于隐身材料——能吸收电磁波的材料。在飞机上涂上一层隐身材料，那么飞机的作战能力会得到大大的提升。
功能材料在航空航天领域的应用前景。功能材料是指一些具有某些特别功能的材料的总称。比如，具有良好吸水功能的材料“尿不湿”。其实，“尿不湿”的发明还是来自美国的航天计划，最初目的是为了解决宇航员在太空的如厕问题。而且，宇航员在太空中要经受住各种辐射的挑战，这就对太空服的质量提出来很高的要求。如果能把一些具备吸收射线功能的材料用于太空服，那么宇航员将无生命之忧，而且还能大大减轻太空服的重量。另外，在太空中，还有一个问题就是缺水，这是一个很关键的问题。因为宇航员要在太空里呆很长的时间，没有水的供应便无法存活。一个解决方案是循环用水。不过，我国还没有做到那一步，因为技术有限。进行循环用水，需要有一个循环过滤系统，从而将尿液和汗等人体排泄物中的水进一步利用。通过一些功能材料的运用，可以得到纯净的水。比如，可以设计一种材料薄膜，只允许水分子才能通过。那么，循环用水系统必将得到大大简化，宇
航员的负担也将会按更少。功能材料在航空航天领域的应用将是革命性的，例子不胜枚举。而且，功能材料不仅是推动航空航天技术进步的重要力量，而且一直都是。
太阳能材料在航空航天领域的应用前景。太阳能与其他能源不同之处在于，它是环保的、可再生的。而且，在天空中你无时无刻都不暴露在阳光的照射下。这对于航天来说至关重要，因为航天需要能量来支持航天器的运作，而且航天器自带能量有限。在不考虑利用核聚变提供能量的情况下，太阳能是一个很好的选择。那么，太阳能的材料就很重要了，它涉及到光能与电能的转换，而且转换效率的高低决定了太阳能电池的好坏。然而，可惜的当前的太阳能的普遍转换效率不高，只有2%左右，这无疑对太阳能电池在航天领域的应用造成了巨大挑战。所以，最关键的一步是寻找到能够进行高效率的转化的材料。不容置疑地说，太阳能材料在航空航天中的应用将是广泛的。不仅航空飞机可以用到，地外探测器也可以用到。令人兴奋的是，我们可以利用月球上的阳光来发电，可供地球上人类的使用。
以上几个方面是本人关于自身专业在航空航天领域应用前景的一些思考见解，表达了本人对材料科学在航空航天领域应用的憧憬和期待。航空航天从来没有像今天那样和材料科学紧密相连，掌握好材料科学技术对航空航天至关重要。