复合材料在航空领域的应用与发展趋势

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

试谈航空复合材料整体成型技术的应用

摘要：复合材料具有比强度高、比刚度高、耐久性好、可设计性强等优点，在航空制造领域得到越来越广泛的应用。根据复合材料成型的特点，其在用于制造航空飞机零部件时，能够对零部件进行整体设计和制造。本文从整体成型技术的应用优势进行分析，对其具体的发展前景做出深入探究。

关键词：航空设备；复合材料；整体成型技术

中图分类号：TB332 文献标识码：A

复合材料整体成型技术是指，采用共固化（组合零件均未固化）、共胶接、二次胶接（组合零件均已固化）或者液体成型的方式，大量减少零件和紧固件的数量，从而实现复合材料结构从设计到制造一体化成型的相关技术[1]。采用此工艺可大幅度提高零件的生产效率。对于某些需要具有高强度和高承载能力的零件，可以采用复合材料整体成型工艺来实现。在具体设计制造时，能够将由数百个零件构成的结构组合成一个整体，从而大幅缩短了装配所需要的时间，显著提高了飞机制造的效率和质量，在实际生产工作中的应用也获得了良好的效果。

1航空复合材料整体成型技术的应用优势

（一）降低零件制造成本

复合材料整体成型工艺在实际应用中，能够将不同类型的零件进行有效地集成。相对于传统的飞机制造工艺，该工艺可以大大减少零件和紧固件的数量，降低零件制造和紧固件的成本，减少零件周转和装配所需的时间，降低了供应链协同的难度。采用这种方法，可以有效地提高飞机制造的经济效益。如B787、A350机体结构几乎全部使用复合材料，单架机复合材料用量约35吨。其中B787机身采用整体筒段结构，最大长度达到12m。这样一个机身段就是一个“零件”，替代了金属机身段1500个左右的铝合金零件和4-5万个紧固件，大幅度降低飞机的制造成本[2]。

（二）提升构件装配质量

采用整体成型技术，可以把数十万个固定件的数量缩减为数千甚至数百个，降低零件、模具的数量，因此可以显著降低构件的重量和组装费用，并进一步降低构件的制造成本。在复合材料承载结构的机械连接中，一般采用的是价格昂贵的钛合金连接件；在传统的装配过程中，需要制造出数量庞大的装配孔，制孔难度大，效率低，需要使用专用工具，精度要求严格，成本高；在装配过程中，为了避免电解腐蚀，需要采用湿法进行装配，这种装配方式费时费力，成本较高。大幅减少固定件数量后，减轻了由于连接而引起的重量增加，避免因制孔损伤复合材料零件，可改善结构的承载能力。在装配过程中，采用大接头或构件一体化加工，可降低劳动强度，大幅减少装配孔数量、降低装配误差、缩短装配周期。

航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势

航空航天先进复合材料是用于航空航天领域的高性能材料，由于其优异的机械、物理和化学性能，在现代航空航天技术中得到了广泛应用。这种材料通常由纤维增强聚合物基体组成，具有高强度、低密度、高刚度、耐热性和抗腐蚀性等特点，因此被广泛用于制造飞机、导弹、航天器等。

目前，航空航天先进复合材料的研究主要集中在以下几个方面：

1.复合材料制备技术：包括预浸料、热成型、自动化制造等多种技术，目的是提高复合材料的质量和生产效率。

2.复合材料性能研究：包括复合材料的强度、刚度、热膨胀系数、热传导率、阻燃性等多个方面的研究，以满足不同的使用需求。

3.复合材料的形态和结构控制：包括复合材料的制备、表面处理、氧化层控制、纤维方向控制等多个方面的研究，以控制复合材料的性能和使用寿命。

4.复合材料的性能评估：通过实验测试和数学建模，评估复合材料的机械、物理和化学性能，并为材料的应用提供理论依据和技术支持。

未来，航空航天先进复合材料的研究将继续在以上几个方面进行深入探索，同时还将面临新的挑战和机遇。例如，需要开发更高性能的复合材料，实现更低成本的生产技术，探索新的材料组合和形态，以适应不断发展的航空航天技术的需求。

浅谈复合材料在航空航天领域中的应用

摘要：复合材料是由两种或多种有机聚合物、无机非金属或金属以及其他不同性质的材料通过特殊工艺组合而成的人造材料，具有轻质量，耐腐蚀、高耐热行，各向异性，隔音效果好、抗震动能力强、材料结构可设计，易加工等特点，是制造航空飞机、火箭的理想材料。人类在发现复合材料之后，就不断把其卓越的优势性能应用在飞机上。

关键词：航空复合材料；工艺技术；航空领域

一、前言

进入21世纪以来，复合材料技术在航空领域应用激增，不管是在军用飞机上还是民用飞机上的应用不断增加，其目的都是在提高飞机飞行速度的同时尽可能的减低飞机重量，减少制造飞机的成本。随着复合材料及其结构研究的不断地深入，科研人员也在不断的实验中把复合材料在飞机上的应用范围的不断扩大，从细小的零部件到飞机整体结构，到了今天，飞机上复合材料的占比还在不断增加[1]。在飞机的设计上，用复合材料设计的航空结构替代传统的金属材料设计的结构能够减轻20~30%的重量，材料成本节约15~30%。近年来复合材料发展迅速，制备技术也在不断进步，研究如何提高其取代传统金属在飞机上的占比，在国内空天科技前沿领域具有重要战略意义。

二、航空用复合材料

航空领域对飞机上的材料要求非常严格，除了牢固、高强度之外，还不能太重，而复合材料的发现正好满足了航空飞机对轻质高强度的结构材料的需求[2]。目前和以后很长一段时间的复合材料的研究核心都是能够用于生产航空或航天飞行器结构件的树脂基复合材料。

碳基复合材料是一种以陶瓷纤维为增强体，以碳为基体的复合材料的总称，具有超强的耐热能力、烧蚀性能、抗蠕变能力良好，热导率低等优点。若要发挥碳基复合材料的全部性能，氧化保护措施是重中之重的[3]。防止氧化的方法主要有3种：一种利用化学气相渗透法（CVI）形成C/（C/SiC）混杂基体复合材料，提高抗氧化能力；一种是采用料浆浸渍-热解工艺；最后一种是改变表面涂层工艺。避免出现烧蚀现象，提高耐热能力。美国X-43A的尖锐前缘采用了碳基复合材料，能够承受2200℃的高温。