【中玻網(wǎng)】玻璃纖維短切氈等復合材料的發(fā)展對航空裝備的發(fā)展有著(zhù)重要意義。飛機性能一半取決于設計，另一半取決于材料。材料的優(yōu)劣對速度、高度、航程、機動(dòng)性、隱身性、服役壽命、安全可靠性、可維修性等性能起無(wú)可置疑的重大影響。根據統計，飛機減重中有70%是由航空材料技術(shù)進(jìn)步貢獻的。飛機機體的材料結構已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，復合材料的廣泛使用使其正在邁入第五階段。這五個(gè)階段為：

　　靠前階段（1903～1919年），木、布結構；

　　第二階段（1920～1949年），鋁、鋼結構；

　　第三階段（1950～1969年），鋁、鈦、鋼結構；

　　第四階段（1970～21世紀初），鋁、鈦、鋼、復合材料結構（以鋁為主）；

　　第五階段（21世紀初至今。）：復合材料、鋁、鈦、鋼結構（以復合材料為主）。

　　使用碳纖維增強樹(shù)脂基復合材料的飛機，在減輕飛機重量、減少燃油、減少維修成本和延長(cháng)飛機使用壽命上有明顯優(yōu)勢，而傳統的鋁合金材料則會(huì )隨著(zhù)時(shí)間推移被慢慢腐蝕，降低飛機安全性。采用50%復合材料的波音B787飛機維修費用在服役數年后依舊穩定，而傳統的鋁合金結構飛機B767飛機維修成本將大幅上升。波音公司指出，復合材料將成為“航空航天結構的未來(lái)”。

　　復合材料在航空領(lǐng)域的發(fā)展大致經(jīng)歷了次承力構件—尾翼級主承力構件—機翼—機身主承力構件四個(gè)階段，逐漸由小型構件向大型核心構件，由軍用向民用發(fā)展。在歐美，20世紀60年代是復合材料的研發(fā)階段，70年代進(jìn)入應用階段，此后復合材料在飛機上的應用比例逐步提升。

　　1、軍用飛機

　　作為一項新興的材料技術(shù)，復合材料首先在軍用飛機上得到應用。

　　60年代，玻璃纖維增強復合材料首先開(kāi)始應用于飛機的整流罩、襟副翼中。此時(shí)，復合材料力學(xué)性能還相對較低，應用復合材料制造的飛機零部件尺寸小、受力水平小。

　　60年代后期，硼纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復合材料開(kāi)始應用于飛機結構上。例如，F-14于1971年開(kāi)始將硼纖維增強環(huán)氧樹(shù)脂復合材料應用在平尾上。

　　70年代中期，誕生了以碳纖維為增強體的高性能復合材料，開(kāi)啟了復合材料在飛機上的大規模應用。具有優(yōu)越高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞性能的碳纖維增強復合材料非常適合航空裝備需求。軍機的垂尾、平尾等受力非常大、尺寸非常大的部件開(kāi)始逐步使用碳纖維增強復合材料，如F-15、F-16、Mig-29、幻影2000、F/A-18等飛機的復合材料尾翼、垂尾。從70年代至今，國外軍機尾翼已經(jīng)全部采用復合材料。采用復合材料的平尾、垂尾一般占飛機全部結構重量的5%-7%。

　　在尾翼進(jìn)入復合材料時(shí)代后，復合材料的應用開(kāi)始向軍機的機翼、機身等結構受力大、尺寸大的主要構件發(fā)展。1976年，麥道公司率先研制了F/A-18復合材料機翼，并于1982年正式進(jìn)入服役，把復合材料用量提高到13%。此后各國所研制的軍機的機翼也幾乎全部采用了復合材料。例如美國的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、法國的“陣風(fēng)”、瑞典的JAS-39、歐洲四國聯(lián)合研制的“臺風(fēng)”，俄羅斯的S-37等。

　　目前世界先進(jìn)軍機中復合材料用量占全機結構重量的20%-50%不等，主要應用復合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、機翼、中前機身等。如果復合材料占飛機總重量的50%左右，則全機絕大部分結構件由復合材料制成，如B-2隱形轟炸機。

　　2、民用飛機

　　民用飛機更加考慮飛機的安全性和經(jīng)濟性，因此在復合材料的應用上比較謹慎。但隨著(zhù)復合材料技術(shù)的進(jìn)步和制造成本的降低，20世紀70年代開(kāi)始，民機也逐步開(kāi)始使用復合材料部件。與軍機類(lèi)似，民機復合材料的部件也從小承力構件向主承力構件發(fā)展。

　　以美國為例，復合材料在民機的應用大概經(jīng)歷了4個(gè)過(guò)程。

　　靠前個(gè)階段，20世紀70年代中期，復合材料主要應用于受力較小的前緣、口蓋、整流罩、擾流板等構件上。

　　第二個(gè)階段，20世紀80年代中期，復合材料主要應用在受力較小的升降舵、襟副翼等構件。

　　第三個(gè)階段，復合材料應用在受力非常大的垂尾、平尾等構件上。例如波音777飛機的垂尾、平尾都采用了復合材料，復合材料占結構總重量的11%。

　　第四個(gè)階段，復合材料在飛機較主要受力部件機翼、機身上得到應用。波音787夢(mèng)想飛機的復合材料用量為50%，超過(guò)了鋁、鋼、鈦等金屬材料重量的總和。主要應用在機翼、機身、垂尾、平尾、機身地板梁、后承壓框等部位，是靠前個(gè)采用復合材料機翼和機身的大型商用客機。

　　在歐洲，空中客車(chē)公司也從20世紀70年代中期開(kāi)始了碳纖維增強復合材料在A(yíng)300系列飛機上的應用研究。1985年，完成了對A320飛機復合材料垂尾的研制，此后A300系列飛機尾翼一級的部件均采用了復合材料，并將復合材料用量迅速推進(jìn)到15%，超過(guò)了波音公司。

　　空中客車(chē)A380飛機的復合材料用量在25%左右，主要應用在中點(diǎn)翼、外翼、垂尾、平尾、機身地板梁和后承壓框等部位。并采用了大量的先進(jìn)復合材料，比如大部分國家非常大樹(shù)脂膜浸滲成型的機身后承壓框，應用玻璃纖維增強鋁合金材料（Glare）的機身上壁板等等。

　　空客新一代飛機也將邁入以復合材料為主的時(shí)代?？湛偷腁400M大型運輸機將采用35%-40%的復合材料，主要應用區域包括機翼、垂尾、平尾和螺旋槳葉片等。2013年首飛的A350WB則采用了52%的復合材料，超過(guò)了波音B787的50%。

　　3、直升機

　　直升機對復合材料應用非常顯著(zhù)。軍用、民用和輕型直升機均大量應用碳纖維復合材料，的直升機復合材料用量已達到結構重量的40%-60%。例如，美國武裝直升機科曼奇（RAH-66）的復合材料使用量為50%；歐洲NH-90直升機的復合材料使用量達到80%，接近全復合材料結構。

　　V-22旋翼飛機是一種新型的飛行結構，可以垂直起降，傾旋轉翼后又能高速巡航，復合材料使用量為51%，包括機身、機翼、尾翼、旋轉機構等均為復合材料制成，也是一個(gè)全復合材料的飛機。

　　4、無(wú)人機

　　軍用無(wú)人機對減重有著(zhù)迫切的需求，因此復合材料大量應用于無(wú)人機上。例如，美國X-45系列飛機的復合材料用量達90%以上；X-47系列飛機基本上為全復合材料飛機，“大部分國家鷹”無(wú)人偵察機復合材料用量達65%，其中機翼、尾翼、后機身、大型雷達罩等均由復合材料制成；歐洲的試驗無(wú)人機“梭魚(yú)”、美國遠程攻擊無(wú)人機“臭鼬”等的情況也基本如此。

　　5、航空發(fā)動(dòng)機

　　復合材料的用量和占比也成為衡量航空發(fā)動(dòng)機先進(jìn)程度的一個(gè)度量。根據冷熱端工作溫度的不同，航空發(fā)動(dòng)機相應采用了多種不同基體的復合材料進(jìn)行應用。

　　樹(shù)脂基復合材料優(yōu)異的比強度和比模量性能對于高推比航空發(fā)動(dòng)機的減重、提高推進(jìn)效率、降低噪聲和排放以及降低成本等都具有重要意義，主要應用在航空發(fā)動(dòng)機的冷端部件上，工作溫度在150-200℃以下，例如渦扇發(fā)動(dòng)機壓氣機葉片、導向葉片及其框架組件、渦扇發(fā)動(dòng)機鼻錐及整流裝置等。

　　在熱端部件上，由于高溫等特殊條件的要求，金屬基、陶瓷基及碳/碳復合材料有著(zhù)重要應用。

　　SiC長(cháng)纖維增強鈦基復合材料（Ti-MMC）具有高比強度、高比剛度、耐高溫、舒緩勞累性好和蠕變性能好的優(yōu)點(diǎn)，Ti-MMC葉環(huán)代替壓氣機盤(pán)可使零部件減重70%。未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機壓氣機葉片和鏡子葉片、整體葉環(huán)、機匣和渦輪軸等都將采用金屬基復合材料進(jìn)行制造。陶瓷基復合材料一直是高溫材料研究的要點(diǎn)，精細陶瓷和氮化硅制造的發(fā)動(dòng)機部件可以在1371℃溫度下工作，性能甚至優(yōu)于高溫合金，但脆性問(wèn)題目前仍然沒(méi)有解決。

　　碳/碳復合材料同樣具備密度小、高比強、高比模量、抗熱沖擊好等優(yōu)點(diǎn)，是目前在1650℃以上工作溫度下備選材料，較高理論溫度達到2600℃，被認為較有前途的高溫材料。