复合材料（Composite Materials）是由两种或两种以上不同性能、不同形态的材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料既能保持原材料的主要性能，又能通过复合效应与协同效应获得单一原材料不具备的性能，克服单一材料的缺点，从而满足各种不同的需求。
复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现，使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到，只有复合材料能够将强度、模量和耐高温的指标在现有基础上同时提高25%以上。复合材料正成为航空以及国防装备的关键材料。
国际先进军民用飞机中，复合材料用量持续增长。主要应用复合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、机翼、中前机身等。F-22战机与空客A380飞机的复合材料用量在20%-25%之间，而波音B787与空客A350的复合材料用量将突破50%，超越铝合金成为用量最大的材料。飞机正进入复合材料时代。
一、复合材料概览
（一）复合材料的定义
复合材料（Composite Materials）是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。
复合材料包含基体（matrix）和增强材料（reinforcement）两个部分。基体材料主要起到包裹、支撑和保护增强材料的作用；增强材料是复合材料的关键，分布在基体材料中起到提高增强基体材料性能的作用，如提高强度、韧度及耐热性等，增强材料与基体间存在明显界面。
复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。具备高强度、高模量、低比重的碳纤维增强复合材料已成为各类军民装备重要的候选材料之一。美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到，只有复合材料能够将耐高温、高强度、高模量的指标在现有基础上同时提高25%以上。复合材料正成为各类航空以及国防装备的关键材料。复合材料在应用中的占比持续提升，形成了金属材料、高分子材料、无机非金属材料和复合材料四分天下的局面。
（二）复合材料的分类
复合材料可以根据基体材料类别、增强材料形态、复合材料功能的不同来进行分类。
1）按基体材料类别，复合材料可分为金属基、有机非金属基与无机非金属基，如树脂基、铝基、钛基复合材料等；
2）按增强材料形态，复合材料可分为纤维增强、颗粒增强、短纤维增强、片状增强等，如纳米碳管、碳纤维复合材料等；
3）按材料功能，复合材料可分为结构复合材料、功能复合材料及智能复合材料，如导电复合材料、光导纤维、形状记忆合金等。
在复合材料中，结构性树脂复合材料的技术、经济和社会价值有着重要意义。因此，对树脂基复合材料的研究和应用一直是各国研究应用的重点。而在军事装备，尤其是航空装备中，连续碳纤维增强树脂基复合材料的应用价值。
（三）复合材料的特点
各向异性和材料可设计性。这是复合材料最大的特点。复合材料的性能取决于基体、增强体和其含量、铺设方式。复合材料的力学性能及热、光、防腐、抗老化等性能都可以按照使用要求和环境条件，通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等手段，对复合材料进行合理的设计，用最少的材料满足设计要求，有效发挥材料作用。
整体成型。复合材料的构件与材料是同时形成的，具有复合材料的组分材料在复合的同时也形成了结构，一般不再对复合材料进行加工。因此复合材料的整体性好，大幅度减少零部件和连接件数量，降低成本、缩短加工周期、提高可靠性。
比强度、比模量高。飞机结构上主要使用的复合材料以碳纤维树脂基复合材料为主，它具有高的比强度和比模量。比强度和比模量是材料强度和弹性模量与密度的比值，比强度和比模量是真正体现材料性能优劣的参数，意味着较少的材料能承受更高的载荷。先进的复合材料比强度可以高出铝合金6-10倍，比模量高出4倍，先进复合材料的应用能大幅降低飞机的结构重量。
二、复合材料在航空国防领域的发展及应用
复合材料的发展对航空装备的发展有着重要意义。飞机性能一半取决于设计，另一半取决于材料。材料的优劣对速度、高度、航程、机动性、隐身性、服役寿命、安全可靠性、可维修性等性能起无可置疑的重大影响。根据统计，飞机减重中有70%是由航空材料技术进步贡献的。飞机机体的材料结构已经经历了四个发展阶段，复合材料的广泛使用使其正在迈入第五阶段。这五个阶段为：
第一阶段（1903～1919年），木、布结构；
第二阶段（1920～1949年），铝、钢结构；
第三阶段（1950～1969年），铝、钛、钢结构；
第四阶段（1970～21世纪初），铝、钛、钢、复合材料结构（以铝为主）；
第五阶段（21世纪初至今。）：复合材料、铝、钛、钢结构（以复合材料为主）。
使用碳纤维增强树脂基复合材料的飞机，在减轻飞机重量、减少燃油、减少维修成本和延长飞机使用寿命上有明显优势，而传统的铝合金材料则会随着时间推移被慢慢腐蚀，降低飞机安全性。采用50%复合材料的波音B787飞机维修费用在服役数年后依旧稳定，而传统的铝合金结构飞机B767飞机维修成本将大幅上升。波音公司指出，复合材料将成为“航空航天结构的未来”。
复合材料在航空领域的发展大致经历了次承力构件—尾翼级主承力构件—机翼—机身主承力构件四个阶段，逐渐由小型构件向大型核心构件，由军用向民用发展。在
欧美，20世纪60年代是复合材料的研发阶段，70年代进入应用阶段，此后复合材料在飞机上的应用比例逐步提升。
（一）军用飞机
作为一项新兴的材料技术，复合材料首先在军用飞机上得到应用。
60年代，玻璃纤维增强复合材料首先开始应用于飞机的整流罩、襟副翼中。此时，复合材料力学性能还相对较低，应用复合材料制造的飞机零部件尺寸小、受力水平小。
60年代后期，硼纤维/环氧树脂复合材料开始应用于飞机结构上。例如，F-14于1971年开始将硼纤维增强环氧树脂复合材料应用在平尾上。
70年代中期，诞生了以碳纤维为增强体的高性能复合材料，开启了复合材料在飞机上的大规模应用。具有卓越高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳性能的碳纤维增强复合材料非常适合航空装备需求。军机的垂尾、平尾等受力较大、尺寸较大的部件开始逐步使用碳纤维增强复合材料，如F-15、F-16、Mig-29、幻影2000、F/A-18等飞机的复合材料尾翼、垂尾。从70年代至今，国外军机尾翼已经全部采用复合材料。采用复合材料的平尾、垂尾一般占飞机全部结构重量的5%-7%。
在尾翼进入复合材料时代后，复合材料的应用开始向军机的机翼、机身等结构受力大、尺寸大的主要构件发展。1976年，麦道公司率先研制了F/A-18复合材料机翼，并于1982年正式进入服役，把复合材料用量提高到13%。此后各国所研制的军机的机翼也几乎全部采用了复合材料。例如美国的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、法国的“阵风”、瑞典的JAS-39、欧洲四国联合研制的“台风”，俄罗斯的S-37等。
目前世界先进军机中复合材料用量占全机结构重量的20%-50%不等，主要应用复合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、机翼、中前机身等。如果复合材料占飞机总重量的50%左右，则全机绝大部分结构件由复合材料制成，如B-2隐形轰炸机。
