先进复合材料在大飞机上的应用
先进复合材料在航空航天领域的应用..
演讲人：王美玉
谢谢
由于 Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ明显减重以及在使用中不会因疲劳或 腐蚀受损，大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比 其直接竞争机型低１ ３％左右，降低了运营成本，每 英里成本比目前效率最高的飞机低 15％～20％ ， 成 为第１个每位乘客每百公里耗油少于３ Ｌ的远程客机。 2)波音公司的Ｂ787飞机，又称为“ 梦想客机” ，除 了采用新型的发动机和创新的流线型机翼设计外， 在 其主体结构（ 包括机翼和机身） 上大量采用先进的复 合材料，先进复合材料在 Ｂ787的用量高达 50％ 。
2、先进复合材料在军用飞机上的应用
先进复合材料在军用飞机上应用３ ０多年来， 已经从最 初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件， 如 垂直尾翼、 水平安定面、 方向舵、 前机身和机翼蒙皮等。 1）欧洲的 Ａ400Ｍ 属于新一代大 型军用运输机， 在材料应用技术上有了新的飞跃， 主 要表现为先进复合材料占结构质量的３ ５％～４ ０％ 。 在 Ａ400Ｍ 运输机上， 特别值得提出的是复合材料 机翼， 碳纤维复合材料占机翼结构质量比例高达８ ５％ ， 开创了使用复合材料为主要材料制造大型运输机机翼的先 例。
一些先进树脂基复合材料具有比较好的雷达传输和介电 透射特性，当雷达波透射到这些树脂基复合材料时，不 容易形成爬行的电磁波， 因此也被用做隐身材料。
3、在固体火箭上的应用
固体火箭发动机是当今各种导弹武器的主要动力装置，计 算结果表明， 固体火箭一、 二、 三级发动机结构质量每 减轻1kg， 导弹射程相应地增加 0.6、3、16km 左右， 所 以对壳体特别是末级发动机壳体进行结构减重是战略导弹 总体设计师孜孜以求的目标， 而达到目标最重要的技术 途径之一就是采用先进的材料。 采用碳纤维复合材料将大大减轻火箭和导弹的惰性质 量， 既减轻发射质量，又可节省发射费用或携带更重的 弹头或增加有效射程和落点精度。20世纪60年代初，开 始采用纤维缠绕成型的玻璃钢壳体取代钢壳， 如美国的 潜地导弹“ 北极星 Ａ－３ ” 发动机玻璃钢壳体质量比“ Ａ －1” 的合金钢减轻了60％ ，成本降低了66％ 。
复合材料在军用飞机上的应用
复合材料在军用飞机上的应用复合材料（Composite Materials）是由两种或两种以上不同的材料组成的复合体，通过元素间或化学结合力或物理吸附形成。
在军用飞机中，复合材料作为一种新型材料，已广泛应用在飞机的结构和系统中，其具有轻质、高强度、抗腐蚀等优点，可提高飞机的载荷能力和机动性，同时又可以减少飞机的自重，提高飞机的使用寿命和效率。
1.复合材料的应用于飞机的结构复合材料的应用于飞机的结构是在传统金属材料基础上的一种创新材料，这种材料能够有效地提高飞机的强度和刚性，进而提高飞机的飞行效率。
这种材料甚至可以替代一些传统材料制造成的零件。
飞机中广泛采用了如下结构件：（1）机翼结构：复合材料的特点是轻、薄、强，对于机翼来说，薄型高扬力机翼和高空载荷选择复合材料作为结构是一种很好的选择。
（2）机身结构：复合材料的特点是轻量化、强度和刚度高，使得它成为非常好的材料。
另外，复合材料比传统金属材料更好地对抗高空环境带来的危害，比如氧化和侵蚀等。
（3）飞行控制系统：飞行控制系统中广泛采用复合材料，比如垂直尾翼、水平稳定翼等。
这些控制表面需要具有轻量化、高强度和可靠性等特点，复合材料能够满足这些要求。
2.复合材料的应用于飞机的系统复合材料的应用于飞机的系统是将材料应用于飞机系统中，提高系统性能和可靠性。
具体包括以下几个方面：（1）燃油系统：复合材料能够提供抗腐蚀、耐热、耐磨损等特点，应用于燃油系统中能够减少经常性的维护工作。
（2）舱壁内夹层隔板：复合材料具有良好的隔音、隔热和防震性，因此在隔板中广泛应用。
（3）电气系统：复合材料可以作为电路板材料，具有高强度、耐热、阻燃性等特点，在电气系统的配件上广泛使用。
随着时代的发展，军用飞机日趋高科技化、轻量化。
复合材料因其轻质、高强度、良好的防腐性等优点，已成为军用飞机最受欢迎的选择。
在未来，随着材料科技的进一步发展，复合材料将会在军用飞机的逐渐替代上大有可为。
先进复合材料在航空航天领域的应用
先进复合材料在航空航天领域的应用1概述现阶段，我国航空航天事业得到前所未有的发展，航空航天领域对材料的要求不断提升，为了满足航空航天领域对材料性能的要求，应该研发新型、高性能的材料，先进复合材料应运而生，其具有多功能性、经济效益最大化、结构整体性以及可设计性等众多特点。
将先进复合材料应用在航空航天领域，能够有效地提高现代航空航天器的性能，减轻其质量。
和传统钢、铝材料相比，先进复合材料的应用，能够减轻航天航空器结构重量的30%左右，在提高航空航天器性能的同时，还能降低制造和发射成木。
现阶段，先进復合材料己经成为飞船、卫星、火箭、飞机等现代航空航天器的理想材料，同时，先进复合材料己经和高分子材料、无机非金属材料及金属材料并列为四大材料。
因此，文章针对先进复合材料在航空航天领域应用的研究具有重要的现实意义。
2我国先进复合材料发展现状自20世纪70年代开始，我国就开始了对复合材料的研究工作，经过40多年的研究与发展，我国先进复合材料的技术水平不断提高，并且取得了可喜的进步。
现阶段，我国先进复合材料在航空航天领域中的应用，逐渐实现了从次承力构件向主承力构件的转变，被广泛地推广和应用在军机、民机、航空发动机、新型验证机和无人机、卫星和宇航器、导弹以及火箭等领域，即先进复合材料己经进入到实践应用阶段。
但是，我国先进复合材料技术的发展和研究成果与国外发达国家的水平还具有一定的差距，现阶段我国先进复合材料的设计理念、制备方法、加工设备、生产工艺以及应用规模等都相对落后。
例如，我国军用战斗机中复合材料的用量低于国外先进战斗机的复合材料用量，仅有少数的军用战斗机超过20%,例如J-20其复合材料的用量约为27%。
我国成功研制的C919大型民用飞机，单架飞机的先进复合材料的用量超过16吨，标志着我国先进复合材料在航空航天领域的应用水平在不断提高。
3先进复合材料简介3.1先进复合材料的组成复合材料是由金属、无机非金属、有机高分子等若干种材料采用复合工艺组成的新兴材料，先进复合材料不仅能够保留原有组成材料的特点，还能够对各种组成材料的优良性能进行综合，各种材料性能的相互补充和关联，能够赋予新兴复合材料无法比拟的优越性能。
复合材料在航空领域的用途
复合材料在航空领域的用途航空工业的发展从来都是以技术进步为驱动力的，而复合材料作为一种新型材料，在航空领域的应用越来越广泛。
复合材料具有高强度、轻质化、耐腐蚀、低热膨胀系数等优点，可以有效提高飞机的性能和安全性。
本文将重点介绍复合材料在航空领域的用途。
1. 结构件应用复合材料在航空领域广泛应用于飞机结构件上，如机身壁板、翼面、垂尾等。
相比于传统金属材料，采用复合材料可以显著减轻结构重量，降低燃油消耗，并提升飞机整体性能。
复合材料的高强度和抗冲击性能可以提高飞机的结构强度，增加安全性。
2. 动力系统应用复合材料在航空领域的另一个重要应用是动力系统上，如发动机叶片、气门、涡轮等。
复合材料可以耐高温、耐磨损、降低噪音和振动，使得动力系统具有更好的性能和可靠性。
同时，采用复合材料制造发动机部件还可以减轻重量，提高燃烧效率，降低机身油耗。
3. 内饰及设备应用除了结构件和动力系统，复合材料还被广泛应用于飞机的内饰及设备中。
例如客舱内部的座椅、行李架、蒙皮等都可以采用复合材料制造，不仅能够提供更好的舒适性和安全性，还能够减轻飞机自身重量，降低能耗。
4. 航空器维修与保养在航空器维修与保养方面，复合材料也起到了重要的作用。
由于其优异的耐腐蚀性能和良好的可靠性，使用复合材料制造的零部件不仅具有较长的使用寿命，而且在维护过程中需要投入较少的时间和费用。
因此，在航空器维修与保养中广泛采用的一种做法就是使用复合材料替换原有金属零件。
5. 其他应用除了以上提到的主要领域，航空工业还会在其他方面应用复合材料。
例如，在无人机制造中，采用复合材料能够提供更好的机动性能和稳定性。
此外，在航天器设计中，使用复合材料可以减轻重量并提供更好的抗辐射和抗高温能力。
结论复合材料在航空领域的应用越来越广泛，对于提升飞机整体性能和安全性起到了重要作用。
随着科学技术的进步和人们对于环保和节能要求的日益增强，相信复合材料在航空领域将会有更大的发展前景，并将持续推动这一行业向更加先进和可持续方向发展。
复合材料在民用航空飞机中的应用
复合材料在民用航空飞机中的应用复合材料在民用航空飞机中的应用越来越广泛，主要是为了实现飞机的减重、耐腐蚀和降低成本。
复合材料结构具有轻质化、小型化和高性能化等特点，可以提高飞机的抗震动动稳定性、气动弹性、超声速巡航、过失速飞行控制、耐热性能、抗冲击损伤能力、前翼飞机先进气动布局和抗雷击防护等方面的实际应用效果。
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。
与单一均质材料相比，复合材料具有质量轻、抗震动、抗裂纹、耐热、抗冲击、防雷击等方面的优越性。
与金属材料相比，在导电性和成形工艺等方面也有显著差异。
复合材料飞机密封、静电防护和抗雷击方面的作用十分重要。
在民用航空飞机中，增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、芳纶和硼纤维等。
碳纤维因其产量高、性能好、纤维类型规格多、成本低经济实惠等特点，在民用航空飞机结构上应用最为广泛。
碳纤维增强树脂基复合材料在航天飞机舱门、机械臂和压力等方面有着重要的应用。
几种飞机结构上常用纤维的性能比较如表1所示。
复合材料在民航飞机上的应用功用主要是为了实现飞机的减重、耐腐蚀和降低成本。
波音飞机777/787和空中客车A330/A340/A380上复合材料的应用，标志着航空飞机复合材料结构设计发展已经成熟。
复合材料飞机结构技术是以实现高结构效率、减轻飞机重量、改善飞机气动弹性和结构的坚固性等综合性能为目标的高新技术。
Carbon fiber rced resin-XXX and pressure vessels。
with the most critical being the thermal tiles of the space shuttle。
which can ensure its safe repeated flight。
while the rced carbon/carbon material RCC can enable the space XXX 1700℃ XXX.In n。
从结构用途方面阐述复合材料在国内外民用飞机上的应用情况
从结构用途方面阐述复合材料在国内外民用飞机上的应用情况篇一一、引言随着航空技术的飞速发展，民用飞机对于材料性能的要求也日益提高。
复合材料，由于其优异的力学性能、轻量化特性以及设计灵活性，在民用飞机制造中得到了广泛应用。
本文将从结构用途的角度，详细阐述复合材料在国内外民用飞机上的应用情况。
二、复合材料在民用飞机结构中的应用概述复合材料在民用飞机结构中的应用主要体现在以下几个方面：机身、机翼、尾翼、发动机短舱以及内部构件等。
通过复合材料的应用，民用飞机实现了结构轻量化，提高了飞行性能，同时降低了运营成本。
三、国内外民用飞机复合材料应用的具体情况机身结构：复合材料在机身结构中的应用主要体现在蒙皮和桨叶上。
采用碳纤维增强复合材料制造的机身蒙皮，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，显著提高了飞机的燃油经济性和飞行性能。
国内外主流民用飞机制造商如波音、空客等均在机身结构中大量采用复合材料。
机翼结构：机翼是飞机的重要承载部件，其性能直接影响到飞机的飞行安全。
复合材料在机翼结构中的应用，可以实现机翼的轻量化设计，提高机翼的升力系数和飞行稳定性。
例如，波音787梦想飞机的机翼采用了碳纤维复合材料制造，使得机翼重量大幅减轻，同时提高了飞行效率。
尾翼结构：尾翼是控制飞机飞行方向的关键部件。
复合材料在尾翼结构中的应用，可以降低尾翼的重量，提高尾翼的控制精度和响应速度。
国内外多款民用飞机如空客A350、C919等均采用复合材料尾翼结构。
发动机短舱：发动机短舱是民用飞机发动机的重要保护装置，需要具有良好的耐高温、耐腐蚀等性能。
复合材料在发动机短舱中的应用，可以显著提高短舱的耐高温性能和结构强度，保证发动机的安全运行。
例如，CFMI公司的LEAP-1C发动机就采用了碳纤维复合材料制造的发动机短舱。
四、复合材料在民用飞机应用中的挑战与前景尽管复合材料在民用飞机上得到了广泛应用，但仍面临一些挑战，如制造成本、维修难度等。
然而，随着技术的进步和产业规模的扩大，复合材料的制造成本将逐渐降低，维修技术也将不断完善。
复合材料在大型民用飞机中的应用
在 Ａ８ ３０的 结 构 设 计 中 ， 合 材 料 用 量 复
达３ Ｏ吨 ， 用复合 材料 的主要 部位有 中央翼 采
Ｂ８ ７７飞 机 主 结 构 的 ５ ％ 采 用 了 复 合 材 料 ， ０ 它包 括整个 机 身 尾段 ， 机身 和 机 翼 的一 些 主 要部 件 ； 和 钢 占 到 了 Ｂ ８ 材 料 总 量 的 钛 ７７ ２％ ， ５ 用在机翼 的某 些 部 件 、 落 架 、 动 机 起 发 挂件 等部位 ； 传统 的铝材 占 了 ２ ％ ； ５ 而塑 料 、
ｌ １
由于复合 材料 密 度 小 ， 如果 按 体 积 百分 比计 算 ， 个数 据就更 悬殊 了 。 这 波音 公 司最 新 研 制 的 Ｂ ８ ７ ７飞 机 ， 高 提 燃油效 率 ２ ％ （ 中 １％ 的贡献来 自于大量 ０ 其 ２ 采用 复合材 料 结 构 ） Ｂ ８ ， ７７飞 机 的 复合 材 料
材 料 用量 创历 史 最高 记 录 达 到 ５ ％ ， ０ 铝合 金
１ 波 音和 空客 在 复 合 材 料 的用 量 上 展 开 竞争
由于复 合材 料具 有 比强度 高 、 比刚度 大 、
可设计性强及良好的抗疲劳损伤和耐腐蚀性
用量只 占２ ％。上述 占比都指重量百分 比， ０
材 料 与 结构
摘
要： 新一代大型民用飞机的研制 ， 带动并促进 了复合材料技术 的飞速发 展。先进复合 材料在新一 代大型 民用 飞机 上的
成功应用 ， 为未来 民用飞机的发展确立 了新的标准和市场准入 门槛。为满足 我国大型 民用 飞机研 制的需要 ， 文 以波 音和 本
复合材料在飞机上的应用
复合材料在飞机上的应用Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT复合材料在飞机航空中的应用与发展学校：西安航空职业技术学院专业：金属材料与热处理技术姓名：郭远摘要复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障.复合材料在飞机航空中的应用与发展复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业，特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。
不久前，碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构，但是，由于技术发展的进步，先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构，如机身、机翼等。
一．飞机结构用复合材料的优势现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。
而复合材料正具备了上面的几个条件，成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。
复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。
复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显着的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果。
近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。
尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。
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先进复合材料在大飞机上的应用
随着新材料的研究发展，对于很重视轻量化的航空航天来说，也是不断更新着使用的材料，不仅仅是钛合金、镁合金等的合金材料大量使用，更是有诸如先进复合材料的应用。
一代材料的发展，带动着航天航空的技术革新。
先进复合材料（Advanced Composites ACM）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。
目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。
随着复合材料的广泛应用和人们在原材料、复合工艺、界面理论、复合效应等方面实践和理论研究的深入，使人们对复合材料有了更全面的认识。
现在人们可以更能动地选择不同的增强材料（颗粒、片状物、纤维及其织物等）与基体进行合理的性能，从而制造出高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备的性质和使用性能。
先进复合材料有着其独特的优异性能。
ACM具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高（低）温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点。
所以，先进复合材料在航空领域的应用日益广泛。
飞机用ACM经过40多年的发展，已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件，可获得减轻质量20%-30%的显著效果。
目前已进入成熟应用期，对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑，其设计、制造和使用经验已日趋丰富。
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。
其次，在飞机发动机上，复合材料也是有所应用。
美国通用电器飞机发动机事业集团公司（GE-AEBG）和惠普公司，以及其他一些公司，都在用ACM取代金属制造飞机发动机零部件，包括发动机舱系统的许多部位推力反向器、风扇罩、风扇出风道导流片等都用ACM 制造。
如发动机进口气罩的外壳是由美国聚合物公司的碳纤维环氧树脂预混料（E707A）叠铺而成，它具有耐177 ℃高温的热氧化稳定性，壳表面光滑似镜面，有利于形成层流。
又如FW4000 型发动机有80 个149℃的高温空气喷口导流片，也是碳纤维环氧预浸料制造的。
在316 ℃这一极限温度下的环境中，ACM不仅性能优于金属，而且经济效益高。
据波音公司估算，喷气客机质量每减轻1 kg，飞机在整个使用期限内即可节省2200美元。
在飞机的一些功能需求上，先进复合材料也是发挥着巨大作用。
机用雷达罩是一种罩在雷达天线外的壳形结构，其使用性能要求透微波性能良好，能承受空气动力载荷作用且保持规定的气动外形，便于拆装维护，能在严酷的飞行条件下正常工作，可抵抗恶劣环境引起的侵蚀。
ACM具有优良的透雷达波性能、足够的力学性能和简便的成型工艺，使它成为理想的雷达罩材料。
目前制作雷达罩材料较多采用的是环氧树脂和E玻璃纤维。
A380客机对于复合材料的使用也是达到了极致。
空中客车继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框——复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后，A380
又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战。
仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻质量1.5t。
由于碳纤维复合材料的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损，从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型要低13％左右，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机的低15％～20％，成为第一个每乘客每百公里耗油少于3 L的远程客机。
为了能更好的在飞机上应用，ACM也还有需要不断发展。
ACM未来发展方向：1、提高耐热性以发动机为例，一般来说，材料耐高温性能越好，用它做出来的发动机水平就越高。
据理论计算和试验发现，发动机的工作温度每提高100℃，它的推力就可提高15%左右。
可见提高发动机材料耐高温性能的重要性，而ACM 的高温性能主要由树脂基体决定，因此耐高温树脂基体的研究是今后ACM 应用发展的一个重要内容。
2、低成本ACM制造技术对航天航空用高性能ACM，过去重视性能，较少考虑成本。
包括以下几个主要方面：降低原材料成本，尤其是高性能碳纤维成本，世界呼声很高；开发低温固化、高温使用的树脂和预浸料，节约能源；开发长寿命的预浸料；使用混杂纤维ACM；通过工艺创新如电子束固化工艺等降低制造成本。
3、提高抗冲击韧性提高航空用结构 ACM 的抗冲击韧性一直是一个重要的研究课题。
ACM的抗冲击性能主要依赖于树脂的交联密度。
可通过改变树脂和固化剂结构，增加柔性链段，或利用高韧性、耐高温的橡胶或热塑性树脂增韧，提高抗冲击性能。
这样既不牺牲预浸料的工艺性和ACM的耐热性，又赋予材料类似于热塑性树脂的抗冲击性能。
总之，未来在飞机上，ACM的使用会越来越广泛，进入航天材料的新时代。
继钢铁、铝、钛后成为航空航天的宠儿，ACM未来还有很长的路要走，相信以其优异的性能，它必然会大放光彩。
参考资料：
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2、杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报, 2007,(01)
3、张丽华,范玉青. 复合材料在飞机上的应用评述[J]. 航空制造技术, 2006,(03)
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