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摘要：随着科技发展，复合材料有着金属等材料没有的特性，因此复合材料广泛的应用于各行各业。本文介绍了复合材料的优异性能，以及其在航空领域的应用。
关键词：复合材料；航空领域
中图分类号：V1 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-08-0-01
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。先进复合材料技术的实际应用在飞行器设计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等，都是飞行器结构盼望的理想性能。
随着航空制造技术的不断发展，先进飞机在结构中大量地使用了复合材料，复合材料主要应用于飞机：整流包皮、副翼、发动机罩、阻力板、扰流器、起落架舱门、水平和垂直尾翼、方向舵和升降舵及其他主要及次要承力结构件等。
2009年6月2日，美国ACCA机身和尾部采用先进的复合材料不但可使飞机减轻重量和降低造价，还可使飞机更耐用和易于维护。此外，由于使用的部件减少，腐蚀和金属老化问题将明显减少，使飞机更容易维修。飞机重量的减轻同时意味着可以增加运力。
一、复合材料的主要优异性能
（一）质轻、高强
飞机结构中广泛使用的碳纤维复合材料的密度只有钢的1/5、铝的3/5，但比强度（拉伸强度与密度之比）是钢的5倍、铝的4倍、钛合金的3.5倍以上。减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材料，才使前掠翼得以在X-29上实现。
（二）耐疲劳性能好
一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。
（三）耐腐蚀性好
复合材料较之金属和非金属常规材料具有更为优异的耐腐蚀性，这就是B777 及其他先进客机地板梁使用复合材料的原因（地板区域容易积水，是腐蚀的重灾区）。
（四）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，当构件中有少数纤维断裂时，其他完好的纤维就会将载荷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。
（五）高温性能好
复合材料具有较好的耐高温性能，可作为耐高温结构材料来使用，主要应用于燃烧室、燃烧室浮壁、涡轮外环、火焰稳定器、尾喷管调节片等。
（六）耐磨擦性能好
碳/ 碳复合材料作为优良的耐磨材料从20 世纪80 年代中期已广泛用于大型民用客机形成了成熟的市场。飞机刹车时由于磨擦引起的温升高达500℃以上，特别是紧急刹车引起的温升可超过1000℃，瞬间产生的高温会使钢制刹车片迅速达到熔点而丧失机械性能，因而，欧美公司生产的民用飞机已基本用碳/ 碳盘代替了钢盘（钢制刹车盘一个周期仅可达300 次起落，而碳/ 碳盘可达1500_2000 次起落）。此外，使用了碳/ 碳刹车装置后可使飞机重量减轻，如：空客A310 减重499Kg；A300-600减重590 Kg；A330 及A340 各减重998Kg[1]。
二、复合材料在我国航空领域的应用
由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。
从国内情况看，当前国内飞机型号应用复合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂，复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼等主承力构件也已经在小批量生产。
目前国内复合材料在飞机上应用最多的是新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应用技术上有所突破。在自行设计制造的某新型武装直升机上，大量采用了复合材料，其机身结构、主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。
三、未来展望
与西方国家相比，我国在航空复合材料领域无论在应用的规模与水平上、设计的方法与手段上、原材料的基础与配套上，还是在制造的水平和设备上以及低成本综合技术上均存在着较大差距。因此，在研究分析世界发展趋势动态时，应认准方向、看清问题，找出差距、促进航空复合材料技术的研究和应用的发展[2]。
参考文献：
[1]先进客机与复合材料[J].航空制造,2006,(2):62.
[2]航空维修与工程[J].航空复合材料技术的近期发展,2005,(5).
关键词：复合材料；航空领域
中图分类号：V1 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-08-0-01
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。先进复合材料技术的实际应用在飞行器设计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等，都是飞行器结构盼望的理想性能。
随着航空制造技术的不断发展，先进飞机在结构中大量地使用了复合材料，复合材料主要应用于飞机：整流包皮、副翼、发动机罩、阻力板、扰流器、起落架舱门、水平和垂直尾翼、方向舵和升降舵及其他主要及次要承力结构件等。
2009年6月2日，美国ACCA机身和尾部采用先进的复合材料不但可使飞机减轻重量和降低造价，还可使飞机更耐用和易于维护。此外，由于使用的部件减少，腐蚀和金属老化问题将明显减少，使飞机更容易维修。飞机重量的减轻同时意味着可以增加运力。
一、复合材料的主要优异性能
（一）质轻、高强
飞机结构中广泛使用的碳纤维复合材料的密度只有钢的1/5、铝的3/5，但比强度（拉伸强度与密度之比）是钢的5倍、铝的4倍、钛合金的3.5倍以上。减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材料，才使前掠翼得以在X-29上实现。
（二）耐疲劳性能好
一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。
（三）耐腐蚀性好
复合材料较之金属和非金属常规材料具有更为优异的耐腐蚀性，这就是B777 及其他先进客机地板梁使用复合材料的原因（地板区域容易积水，是腐蚀的重灾区）。
（四）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，当构件中有少数纤维断裂时，其他完好的纤维就会将载荷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。
（五）高温性能好
复合材料具有较好的耐高温性能，可作为耐高温结构材料来使用，主要应用于燃烧室、燃烧室浮壁、涡轮外环、火焰稳定器、尾喷管调节片等。
（六）耐磨擦性能好
碳/ 碳复合材料作为优良的耐磨材料从20 世纪80 年代中期已广泛用于大型民用客机形成了成熟的市场。飞机刹车时由于磨擦引起的温升高达500℃以上，特别是紧急刹车引起的温升可超过1000℃，瞬间产生的高温会使钢制刹车片迅速达到熔点而丧失机械性能，因而，欧美公司生产的民用飞机已基本用碳/ 碳盘代替了钢盘（钢制刹车盘一个周期仅可达300 次起落，而碳/ 碳盘可达1500_2000 次起落）。此外，使用了碳/ 碳刹车装置后可使飞机重量减轻，如：空客A310 减重499Kg；A300-600减重590 Kg；A330 及A340 各减重998Kg[1]。
二、复合材料在我国航空领域的应用
由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。
从国内情况看，当前国内飞机型号应用复合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂，复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼等主承力构件也已经在小批量生产。
目前国内复合材料在飞机上应用最多的是新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应用技术上有所突破。在自行设计制造的某新型武装直升机上，大量采用了复合材料，其机身结构、主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。
三、未来展望
与西方国家相比，我国在航空复合材料领域无论在应用的规模与水平上、设计的方法与手段上、原材料的基础与配套上，还是在制造的水平和设备上以及低成本综合技术上均存在着较大差距。因此，在研究分析世界发展趋势动态时，应认准方向、看清问题，找出差距、促进航空复合材料技术的研究和应用的发展[2]。
参考文献：
[1]先进客机与复合材料[J].航空制造,2006,(2):62.
[2]航空维修与工程[J].航空复合材料技术的近期发展,2005,(5).