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谈飞机复合材料的性能和发展摘要：本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能、要求以及在 飞机上的应用复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方 法组合成的新材料近年来，飞机制造技术整体朝着结构轻量化、隐身、 高可靠性、长寿命、短周期、及低成本等，因此复合材料在航空工业中的 应用越来越广泛对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重、耐腐蚀 和降低成本有着重要的作用对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着 至关重要的作用关键词：复合材料；要求；应用引言：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合 而成的一种多相固体材料，用来承受载荷的相称为增强体，将增强材料粘 接在一起、在纤维之间传递载荷的相称为基体复合材料在性能上不仅保 留了组成它的各个组分的优点，更为重要的是它的性能比构成它的单一的 材料更为优异常见的复合材料的分类法主要有三种：①按基体材料类型 分类，可分为树脂基、金属基和无机非金属基三类②按增强体种类和形 状分类，可分为纤维增强、颗粒增强和层叠增强三类③按其性能分类， 可分为结构复合材料和功能复合材料二类1. 飞机复合材料结构特点1.1层合结构层合板亦称层压板、叠层板或实心层压板、整体层压板。

层合板可制 成多种结构形式，并可采用多种工艺方法成形，可设计性强，因此在航空 航天飞行器结构中应用十分普遍层合板是层合结构的基本元素层合结 构系指经过适当的制造工艺，如共固化、二次胶接、机械连接等，主要由 层合板形成的具有独立功能的较大的三维结构，如翼面结构的梁、肋、壁 板、盒段，机身侧壁以及飞行器部件等1.2蜂窝夹层胶接结构蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成一般 面板采用强度和刚度比较高的材料,芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝 芯、泡沫芯、波纹板芯等夹层结构具有重量轻，弯曲刚度及强度大，抗 失稳能力强，耐疲劳，吸音，隔热等优点，因此在飞行器结构上得到了广 泛应用1.3金属复合层胶接结构利用胶接技术将纤维复合材料与铝合金材料结合起来形成一种新型 的结构材料一纤维铝合金复合层板胶接结构目前这种结构件在飞机上的 应用还不是很多不久的将来，铝基复合材料可能得到较广的应用2. 复合材料的性能的要求2.1比强度（拉伸强度与密度之比）高、比模量（弹性模量与密度之 比）局例如，高模量碳纤维复合材料的密度只有钢的1/5、铝的3/5,其比 强度则为钢的5倍、铝的4倍、钛合金的3. 5倍以上；其比模量是钢、铝、 钛的4倍或更高（钢、铝、钛是目前飞机的主要金属材料）。

2.2具有极好的抗疲劳性能复合材料，特别是纤维增强树脂基复合材料，由于纤维对制件表面的 裂纹或类裂纹缺陷（应力集中源）起到了桥接的作用，故阻止了裂纹的迅 速扩展，而且在拉伸时对疲劳裂纹的增长也几乎不敏感例如，碳纤维增 强聚酯树脂复合材料疲劳极限可达抗拉强度的70%〜80%,而金属材料疲 劳极限远远低于这个数值，对于20〜30年使用寿命的飞机，该复合材料 对疲劳几乎不敏感2. 3断裂安全性好纤维复合材料中大量独立存在的纤维通过具有韧性的基体把它们粘 合成整体，半构件中有少数纤维断裂时，其它完好的纤维就会将承载接受 下来并重新进行分配，因而构件不至于在短时间内发生断裂，故断裂安全 性好2.4高温性能好纤维增强的复合材料，特别是金属基复合材料，一般均具有较好的耐 高温性能例如，石英玻璃纤维增强铝基复合材料在500C下能保持室温 强度的40%；涂复了 SiC的硼纤维增强铝基复合材料可放心地在316C温 度下使用，力学性能保持稳定但一般铝合金在400C时弹性模量大幅度 下降（接近于零），而且强度也显著下降2.5具有很好的减振性能由于复合材料的比模量高，其自振频率也高，这是因为受力结构的自 振频率与其结构材料比模量的平方根成正比，高的自振频率决定了复合材 料有很强的吸振能力，可以避免构件在一般工作状态下发生共振，不易造 成振动破坏。

同时，复合材料中高韧性的基体材料也具有显著的震动阻尼 特性2.6增加飞机防腐蚀能力复合材料较之金属和非金属常规材料具有更为优异的抗腐蚀性，能够 为延长飞机的使用寿命、减少民航开支、提高经济效益3. 复合材料在飞机上的应用复合材料在飞机结构中的应用情况大致可以分为三个阶段：第一阶段 是应用于受载不大的简单零部件，如各类口盖、舵面、整流罩、雷达罩、 阻力板、起落架舱门等，据统计可减重20%左右第二阶段是应用于承力 大的部件，如安定面、全动平尾、前机身段、机翼等，据估计可减重 25%30%o第三阶段是应用于复杂受力部位，如机身段、中央翼盒 等，据估计可减重30%787飞机采用复合材料减重将达50%目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，但在20世纪90年代初 复合材料市场曾一度陷入低靡，究其原因是由于复合材料设计制造的复杂 性造成了成本壁垒，人们开始认识到只有重视性能和成本的平衡，才能使 复合材料展现辉煌随着复合材料先进技术的成熟，使其性能最优和低成 本成为可能，大大推动了复合材料在飞机上的广泛应用本文在介绍国外 复合材料在飞机上广泛应用的基础上，对作为技术保障的数字化设计技术 和先进制造技术进行了分析研究。

3. 1复合材料在飞机上的用量日益增多复合材料用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比表示，纵观复 合材料在民机上的发展情况发现，无论是波音公司还是空中客车公司，随 着时间推移，复合材料的用量都呈增长趋势一是机翼采用复合材料结构 是提高飞机结构效率，改善飞机气动弹性、飞行品质、控制特性的重要技 术途径之一美欧各国20世纪70年代中期以后研制的新型高性能战斗机 均采用了复合材料机翼结构；前掠翼飞机的的试飞成功和飞翼隐身轰炸 机的服役也充分说明了复合材料机翼的独特效能二是最具代表意义的 是空客公司的A380客机和波音公司最新推出的787客机在A380上仅 碳纤维复合材料的用量就达32 t左右，占结构总重的15%,再加上其他 种类的复合材料，估计其总用量可达25%左右787 初步估计复合材料 用量可达50%,远远超过了 A380o另外，复合材料在军机和直升机上的 用量也有同样的增长趋势3. 2应用部位由次承力结构向主承力结构过渡飞机上最初采用复合材料的部位有舱门、整流罩、安定面等次承力结 构，目前已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡从1982 年开始用复合材料制造飞行操纵血，空客公司在主承力结构上使用复合材 料已有20多年的经验。

在A380上采用的碳纤维复合材料大型构件主要有 中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承 压框、垂尾等，大量的主承力结构都采用了复合材料787复合材料的应 用则更让世人瞩目，其机身和机翼部位采用碳纤维增强层合板结构代替铝 合金；发动机短舱、水平尾翼和垂直尾翼、舵面、翼尖等部位采用碳纤维 增强夹芯板结构；机身与机翼衔接处的整流蒙皮采用玻璃纤维增强复合材 料与A380相比其用量更大，主承载部位的应用更加广泛，这将是世界 上采用复合材料最多的大型商用喷气客机3. 3复合材料在复杂曲面构件上的应用飞机上复杂曲面零件很多，复合材料的应用也越来越多，比如A380 机身19段、19. 1段和球面后压力隔框等均为采用复合材料的具有复杂曲 面的大尺寸受力组件，分别采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺 制造在复杂曲面轮廓上应用复合材料存在潜在的制造变形问题，与铺层 边界吻合的复杂曲面的铺层展开形状难以确定，更严重的是铺层甚至无法 展开，在设计制造方面具有很大的难度，该类零件的设计具有挑战性3. 4构件向整体成型、共固化方向发展飞机上大量采用复合材料的一个主要目的就是减重，而复合材料构件 的共固化、整体成型能够成型大型整体部件，可以明显减少零件、紧固件 和模具的数量。

减少装配是复合材料结构减重的重要措施，也是降低成本 的有效方法构件整体成型最有代表性的例子是Premier商务机采用纤维 铺放技术制造的整体成型机身结构4. 结束语&机的绝大部分结构将采用复合材料的这一预言己经实现，人们期待 着复合材料在飞机上更广阔的应用前景，甚至全复合材料飞机的出现近 年来，我国的复合材料技术得到了迅速发展，开始朝着实现复合材料构件 设计、制造、检测一体化方向发展借鉴国外的先进技术和经验，对加速 我国的复合材料技术的发展、扩大复合材料的应用具有重要意义参考文献:[1] 李映红，赵智姝，韩励.复合材料在飞机结构上的广泛应用.装备 制造技术，2011, 4： 138-140[2] 陈绍杰.大型飞机与复合材料.航空制造技术，2008, 15： 31-37[3] 邹田春，冯振宇，陈兆晨，杨倩.民机复合材料结构适航审定现状.材料导报，2010, 24 (11)： 94-96[4] 陈绍杰.先进复合材料的民用研究与发展.材料导报，2000, 14(11)： 8-10。