新一代大型客机复合材料结构

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。

大型民用飞机复合材料承压框结构及工艺发展分析大型民用飞机复合材料承压框结构是指飞机机身中负责承受压力的结构部分，由复合材料构成。

随着航空工业的发展，复合材料在飞机机身结构中的应用越来越广泛。

本文将对大型民用飞机复合材料承压框结构及其工艺发展进行分析。

一、复合材料承压框结构复合材料承压框结构是大型民用飞机机身中的重要部件之一，扮演着承受机身压力、提供机身刚度和强度的重要角色。

复合材料承压框的主要特点有以下几点：1. 高强度：与传统的金属材料相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，在承受压力时有更好的性能表现。

2. 轻量化：复合材料的密度相对较低，可以实现机身重量的减轻，提高飞机的载重能力和耐久性。

3. 耐腐蚀性：复合材料在高湿度和腐蚀性环境下具有较好的耐腐蚀性能，可以延长机身的使用寿命。

4. 良好的阻燃性：复合材料可以添加阻燃剂，提高其阻燃性能，降低火灾风险。

5. 高度集成化：利用复合材料的成型性能，可以实现复杂形状的一体化结构设计，提高零部件的集成度和整体性能。

二、复合材料承压框结构的发展历程复合材料承压框结构的发展经历了几个关键阶段：1. 第一代：20世纪80年代初，波音公司开始在747-400飞机上采用复合材料承压框结构，首次实现了复合材料在机身结构中的应用。

该结构采用碳纤维增强环氧树脂短切片预浸料，在工艺上存在一些问题，如预浸料的厚度不均匀、接缝处的质量控制等。

2. 第二代：20世纪90年代至今，采用了更先进的复合材料工艺技术，如自动化纺织预制技术、自动定位和装配技术等。

复合材料的成本也得到了大幅度的降低，使得复合材料承压框结构的应用更加普及。

3. 未来发展趋势：未来，复合材料承压框结构的发展方向主要包括以下几个方面：(1)材料性能的改进：提高复合材料的抗冲击性、抗疲劳性和耐高温性能，以满足更高的安全性要求。

(2)工艺技术的创新：进一步提升自动化程度，减少人工操作，提高生产效率和质量稳定性。

第29卷　第3期航　空　学　报Vol 129No 13　2008年 5月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA May 2008特邀收稿日期:2007212220;修订日期:2008201217通讯作者:杨乃宾E 2mail :milaoshu0527@ 文章编号:100026893(2008)0320596209新一代大型客机复合材料结构杨乃宾(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京　100083)Composite Structures for N e w G eneration Large Commercial JetYang Naibin(School of Aeronautic Science and Engineering ,Beijing University ofAeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China )摘　要:大量采用复合材料结构是新一代大型客机机体结构设计的突出特点,用量已达结构重量50%。

复合材料结构不仅带来了明显的减重效益,而且带来了结构耐腐蚀、疲劳和维护等性能的改善提高。

波音787飞机人性化设计的全复合材料机身使乘坐舒适性和便利性得到显著改善。

民机复合材料结构技术重点研究解决了复合材料自然环境老化、大型翼面壁板整体成型、机身大开口区载荷重新分布和应力集中、地面维护装备冲击损伤、健康检测等关键技术问题,并且建立了以中模高强碳纤维/韧性环氧树脂复合材料热压罐成形工艺为主的大型客机复合材料结构材料体系。

对复合材料机翼和机身结构的设计和工艺关键技术问题做了较为详尽的介绍。

关键词:复合材料;大型客机;机体结构;应用;效益中图分类号:V21418 文献标识码:AAbstract :Extensive use of co mpo site materials is a p ro minent characteristic of airf rame design for the new generatio n large commercial aircraft.The amo unt of compo site materials has reached up to 50%of the air 2f rame po site structures not only significantly decrease the structural weight ,but also imp rove the perfo rmance of co rro sio n resistance ,fatigue and maintenance.Boeing 787’s humanity design of the en 2tire compo site f uselage significantly imp roved passenger comfo rt and convenience.Technology for large co mmercial jet co mpo site structures focuses on studying and resolving the natural aging of the compo site material ,large wing panel integral manufacture ,load redistributio n and stress concentratio n in large f use 2lage opening areas ,ground maintenance equip ment impact damage ,health testing ,and other key technical p roblems.A large co mmercial aircraft co mpo site structure material system is established based mainly o n middle 2module high 2strength carbo n fiber/to ughness epoxy compo site material autoclave technology.De 2tailed introduction to the key technical p roblems of co mpo site wing and f uselage structural design is p resen 2ted in this paper.K ey w ords :composites ;large commercial aircraft ;airf rame ;application ;efficiency 新一代大型客机主要指使用效率、经济、超凡的乘座舒适和便利以及环保(Environmental )等综合性能比当前航线使用的客机有很大提高的大型商用运输机[122]。

c919中的物理知识C919是中国自主研发的大型喷气式客机，具备一系列先进的物理知识和技术应用。

下面将从机身结构、气动原理和航空力学等方面展开，为读者呈现一幅生动的画面。

1. 机身结构C919的机身采用了先进的复合材料结构，这种结构具有较高的强度和轻量化的特点。

复合材料由纤维增强材料和树脂基体组成，它们通过层层叠加形成了坚固的机身结构。

这种结构不仅能够减轻飞机的重量，提高燃油效率，还能够提高飞机的抗腐蚀性和耐久性。

2. 气动原理C919的机翼采用了翼型设计，这种设计能够减小飞机在飞行中的阻力，提高飞行速度和燃油效率。

机翼的上表面相对较为平直，下表面则较为凸起，形成了气流在上表面流速较快、下表面流速较慢的气动特性。

这种气动特性使得飞机在飞行时能够产生升力，使飞机能够顺利地离地和降落。

3. 航空力学C919的设计还考虑了航空力学原理，以提高飞机的稳定性和操控性。

飞机的尾翼和襟翼等控制面可以通过改变其角度来调整飞机的姿态和飞行状态。

此外，飞机还配备了自动驾驶系统和飞行控制系统，能够通过传感器实时监测飞机的运行状态，并根据飞行员的指令进行自动调整。

4. 人机工程学C919的设计还注重了人机工程学的原理，以提高飞机的安全性和操作性。

飞机的驾驶舱采用了先进的人机界面技术，使飞行员能够方便地获取飞行信息并进行操作。

此外，飞机还配备了先进的防撞系统和飞行监控系统，能够提供及时的警告和指导，帮助飞行员避免飞行中的危险情况。

以上是关于C919中的物理知识的一些介绍。

通过对机身结构、气动原理、航空力学和人机工程学等方面的描述，我们可以看到C919在设计和技术上的先进性和创新性。

这些物理知识的应用使得C919成为一款安全、高效和舒适的飞机，为人们的出行提供了便利和安全保障。

a380材料
A380是空中客车公司(Airbus)研发的一款超大型商用客机，被
认为是现代航空工业的壮举。

为了满足A380巨大的体积和重
量的要求，空中客车公司采用了多种材料来构建这款飞机。

以下是A380材料的简要介绍：
1. 铝合金：A380的机身和翼面板主要使用高强度铝合金。

这
些合金具有良好的强度和韧性特性，能够承受高压和复杂应力。

此外，铝合金还具有较低的重量，在保证飞机结构强度的同时减轻了整体重量。

2. 碳纤维复合材料：A380的尾翼和部分舱墙使用碳纤维复合
材料。

碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量轻，比铝合金重量减轻约20%。

这种材料也具有优良的耐腐蚀性和抗疲劳
性能。

3. 玻璃钢：A380的前舱壳和后舱壳使用玻璃钢材料。

玻璃钢
是一种由玻璃纤维和树脂组成的复合材料，具有较高的强度、刚度和抗腐蚀性能。

此外，玻璃钢还可以方便地进行成型和修复。

4. 钛合金：A380的部分零部件，如襟翼和尾翼前缘，采用钛
合金材料。

钛合金具有优异的强度和刚度，同时具有较低的密度。

这使得钛合金成为航空工业中常用的材料之一，能够在保证结构强度的同时减轻飞机的重量。

以上是A380主要采用的材料。

通过使用这些材料，A380能
够同时达到强度和轻量化的要求，提供更大的承载能力和舒适性，使得它成为当代航空工业的杰作之一。

大型民用飞机复合材料承压框结构及工艺发展分析1. 引言1.1 引言复合材料承压框结构具有高强度、轻质的优点，可以减轻飞机结构的重量，提高飞机的飞行性能。

随着复合材料技术的不断发展，大型民用飞机复合材料承压框结构的设计和制造也在不断完善和改进。

本文将对大型民用飞机复合材料承压框结构及其工艺发展进行分析，探讨复合材料在航空领域的应用、承压框的工艺发展、结构优势以及未来发展趋势。

通过对复合材料承压框结构的研究和分析，可以为飞机制造业的发展提供重要的参考和借鉴。

2. 正文2.1 大型民用飞机复合材料承压框结构大型民用飞机复合材料承压框结构是指采用复合材料制造的支撑飞机机身的框架结构。

相比传统的金属材料，复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，在航空领域得到广泛应用。

复合材料承压框结构的设计和制造需要考虑多种因素，如力学性能、热性能、耐久性等。

近年来，随着航空工业的发展，复合材料承压框的工艺技术也在不断创新和提高。

复合材料承压框的结构优势主要包括强度高、刚度大、疲劳寿命长、抗冲击性能好等特点。

这些优势使得复合材料承压框在大型民用飞机中得到广泛应用。

未来，随着复合材料技术的不断发展和完善，复合材料承压框的发展趋势将更加倾向于轻量化、高强度、高效率的方向，为大型民用飞机的性能提升和燃油效率提高提供更好的支持和保障。

2.2 复合材料在航空领域的应用在航空领域，复合材料应用广泛且日益普遍。

由于复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，因此在大型民用飞机的结构中得到了广泛应用。

在飞机的机身结构中，复合材料被广泛应用于机身外壳、机翼和尾翼等部位。

复合材料的轻质高强度使得飞机整体重量得以减轻，从而提高了飞机的燃油效率和飞行性能。

复合材料的自由成型性也使得飞机的外形更加复杂多样化，提高了飞机的设计灵活性。

在飞机的内部结构中，复合材料也得到了广泛应用。

在飞机的座椅、隔音板、内饰等部位，复合材料的耐高温、耐磨损等性能使得飞机内部更具舒适性和安全性。

现代飞机机身常用的结构形式随着科技的不断发展，现代飞机的机身结构形式也在不断地更新和改进。

目前，现代飞机机身常用的结构形式主要有金属结构、复合材料结构和混合结构。

本文将从这三个方面来介绍现代飞机机身常用的结构形式。

一、金属结构金属结构是现代飞机机身最早采用的结构形式，它主要由铝合金、钛合金和钢材等金属材料构成。

这种结构形式具有强度高、可靠性好、易于维修等优点，因此在早期的飞机中得到了广泛应用。

但是，随着飞机的发展，金属结构也逐渐暴露出了一些问题，如重量大、疲劳寿命短、易受腐蚀等。

因此，现代飞机中金属结构的应用已经逐渐减少。

二、复合材料结构复合材料结构是现代飞机机身中应用最广泛的结构形式之一，它主要由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等高强度、轻质的纤维增强树脂基复合材料构成。

这种结构形式具有重量轻、强度高、疲劳寿命长、抗腐蚀等优点，因此在现代飞机中得到了广泛应用。

例如，波音787梦想客机的机身就采用了大量的复合材料结构，使得整个飞机的重量大大降低，同时也提高了飞机的燃油效率。

三、混合结构混合结构是现代飞机机身中比较新颖的一种结构形式，它主要是将金属结构和复合材料结构相结合，形成一种新的结构形式。

这种结构形式既兼具金属结构的强度和可靠性，又具有复合材料结构的轻量化和疲劳寿命长的优点。

例如，空客A350XWB飞机的机身就采用了混合结构，使得整个飞机的重量得到了有效控制，同时也提高了飞机的性能和经济性。

现代飞机机身常用的结构形式主要有金属结构、复合材料结构和混合结构。

这些结构形式各有优缺点，应根据实际情况进行选择。

未来，随着科技的不断发展，飞机机身的结构形式也将不断更新和改进，为人类的航空事业带来更加美好的未来。

⼤型飞机复合材料机⾝结构设计⼤型飞机复合材料机⾝结构设计李晓乐（北京航空航天⼤学航空科学与⼯程学院，北京 100083）摘要：本⽂研究了复合材料在⼤型飞机机⾝上的应⽤。

利⽤相关机⾝结构数据，进⾏了结构形式的分析和选择。

参照有关规定，针对所设计的飞机机⾝在⽓密载荷作⽤下的情况进⾏了强度分析，并⽤这些分析结果来指导复合材料的结构设计。

复合材料选择为层合结构。

并依据层合复合材料的特性，进⾏了层合板的铺层⾓度设计和铺层顺序设计。

对所设计的⼤型飞机复合材料机⾝结构进⾏了刚度分析，给出了主要构件的应⼒、应变结果，证明了这种层合复合材料设计是合理可⾏的，为复合材料在我国⼤飞机项⽬上的应⽤提供了参考。

关键词：复合材料；⼤型飞机；机⾝结构；刚度The Structural Design of Composites of Large Airplane FuselageLI Xiaole(School of Aeronautical Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China)Abstract: This paper discusses the application of composite material in the large airplane fuselage. The concrete form of fuselage was analyzed and determined, which based on the data of some existing fuselage structure. Compared with some standard, the strength of the fuselage was analyzed under the pressure load. The result can conduct the structures design. The laminate of composites was chosen. The degree and the order of composite were also determined. The stiffness of the designed composite fuselage was computed, which also showed the result of strain and stress. Analysis manifested that the composites is designed appropriately, and the result can be consulted in the large-aircraft program.Keywords: Composites, Large Airplane, Fuselage Structure, Stiffness机⾝是飞机的重要部件之⼀，它把机翼、尾翼、起落架等部件连接在⼀起，形成⼀架完整的飞机。

客机复合材料APU舱门结构设计及分析摘要：按照结构布局、适航要求及APu门载荷水平，对复合材料APu舱门结构进行设计研究。

为满足防火要求和闪电防护要求，选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材，设计了一种复合材料夹层结构。

利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析，得到应变云图和变形云图，分析说明该夹层结构设计满足设计要求。

关键词：APU舱门；结构设计；复合材料；夹层结构随着航空科掣技术曲不断进步．新材科飞速发展．其中尤以先进复合材料的发展最为突出。

先进复合材辩主要包括较高强度和横量的玻璃纤堆、碳纤维、芳纶纤维等增强的复台材抖，耐高温的纤雏增强陶瓷基复台材科、隐身复合材料、梯度功能复台材料等。

一、国内外复合材料发展现状与趋势过去一个世纪，航空用复合材料经历了很大的发展变化。

2O世纪60年代以硼、环氧为代表，先进复合材料问世，源于军机结构减重需求。

此后，碳纤维成为主要增强纤维，民机着重研究了与安全性、可靠性、经济性相关的复合材料性能和设计、工艺技术。

日本东丽公司00碳纤维（基准型碳纤维）达到波音公司碳纤维材料规范BMS9—8要求。

T300／环氧（采用未改进胺类固化剂）复合材料符合波音公司复合材料预浸料标准BMS8—256要求（含复合材料性能指标要求），为民机结构用第1代复合材料，用于操纵面和尾翼结构。

波音公司提出了新的复合材料预浸料标准BMS8—276，概述了主承力结构复合材料性能目标。

波音公司提出改进碳纤维性能，要求碳纤维拉伸弹性模量提高30％、拉伸强度提高50％，同时，开发高抗分层能力的韧性树脂基体，欲将复合材料结构设计许用应变由第1代复合材料的0．13～0．14％提高到0．16～0．18％，以使新一代复合材料适合民机主承力结构应用。

NASA发布RP1142碳纤维／热固型韧性树脂复合材料标准规范。

中模量、高强度型碳纤维T800达到波音公司碳纤维材料标准BMS9217要求，并与同期研发的180~C固化韧性环氧树脂构成的复合材料（如T800H／3900—2）达到波音公司材料标准BMS8—276要求。

大型飞机复合材料结构相关成型工艺方法评述大型飞机是我国航空工业当前的发展目标之一。

复合材料（这里主要指树脂基复合材料）在大型飞机结构上的应用则是此发展过程必然涉及的重要技术。

复合材料在航空结构上应用的基本出发点在于用其突出的比刚度和比强度特点来实现给定的减重目标，从而提高飞机性能。

近10多年来，随着原材料技术和结构应用技术的发展，除减重之外，复合材料也为实现更低的成本耗费提供了可能的途径，这成为复合材料在大型民用飞机上用量突飞猛进的重要动力。

我国在大型飞机复合材料结构应用方面尚无工程经验。

这方面工作现有的技术资源包括2个方面：（1）国内在非大型飞机复合材料结构研发过程中积累的设计和工艺的数据、规范、方法；（2）国外公开的大型飞机复合材料结构研发资料。

前者的重要性是显而易见的。

与非大型飞机相比，大型飞机复合材料结构要素存在众多共通之处，制造过程亦无需大量飞跃性的工艺变革作为必要前提。

但另一方面，大型飞机结构毕竟存在其固有特点，这些特点会为结构的制造过程带来前所未有的问题。

国外的复合材料结构研发资料对于国内大型飞机研发工作具有重要的参考价值，但从宏观应用策略看，消化国外资料的困难之处在于把握之所以要“在特定的部位，以特定的结构形式，通过特定的工艺方法，应用特定的复合材料”的深层考虑，而此考虑的合理性将直接决定复合材料的应用效益。

如仅仅止于表层模仿，则有得不偿失之忧。

本文基于国内以往的研发和工程经验，以及国外报道的工程实践，意对国内大型飞机复合材料结构制造可能涉及的成型工艺方法作一讨论，陈其特点和利弊，以求抛砖引玉之效。

国内大型飞机复合材料结构制造可能涉及的成型工艺方法及其特点飞机复合材料结构的成型工艺方法主要包括以下3类：（1）预浸料工艺方法。

在零件固化工序前预先将基体树脂浸渍增强纤维，并将被树脂浸渍的纤维铺放于特殊载体之上，形成布/带状预浸料。

然后将布/带状预浸料在模具上铺叠，形成零件叠层，并将叠层固化成型。

大型商用客机碳纤维复合材料结构关键技术及应用随着全球航空产业的发展，大型商用客机碳纤维复合材料结构已经成为一种重要的技术趋势。

碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、耐久性强等优点，可以显著提高飞机的综合经济性。

碳纤维复合材料结构的关键技术主要包括材料选择、工艺技术、结构设计和质量控制等方面。

1、材料选择。

碳纤维是一种高强度、高模量的材料，可以使得飞机结构在相同强度的情况下减轻重量。

碳纤维还具有优良的抗腐蚀性能，可以增加飞机的使用寿命。

在大型商用客机的设计中，通常会采用碳纤维作为关键部件的结构材料。

2、工艺技术。

碳纤维复合材料的制造工艺比传统的金属材料复杂，需要高温、高压的条件下进行。

目前，常见的制造工艺包括预浸法、湿纺法和自动纺织等。

预浸法是将碳纤维浸渍到预浸料中，然后通过热压硬化制成成品。

湿纺法是将碳纤维与树脂同时纺织，然后通过热固化使其形成成品。

自动纺织则是利用机器自动进行纺织和固化，提高了生产效率。

这些工艺技术的不断改进和创新，使得碳纤维复合材料的制造成本不断降低，应用范围不断扩大。

3、结构设计是大型商用客机碳纤维复合材料的另一个关键技术。

由于碳纤维具有不同于金属材料的特性，因此在设计结构时需要考虑材料的力学性能和应用环境的要求。

结构设计还需要充分利用碳纤维的优势，设计出轻量化、高强度、耐久性强的结构。

例如，可以采用复杂的纤维层叠布局设计，提高材料的使用效率和强度。

4、质量控制。

由于碳纤维复合材料的制造过程复杂，人工操作难以完全控制，因此需要建立一套完善的质量控制体系。

质量控制包括原材料检验、工序监控和成品测试等环节。

只有通过合理的质量控制措施，才能确保碳纤维复合材料结构的性能稳定和可靠性。

大型商用客机碳纤维复合材料结构的应用已经逐渐进入实际生产。

当前，世界上已经有多个航空公司采用碳纤维复合材料结构的客机进行商业运营。

这些客机具有重量轻、燃油效率高的优势，可以显著降低运营成本。

碳纤维复合材料结构还具有良好的抗腐蚀性能，可以延长飞机的使用寿命。

复合材料在飞机结构中的使用总结标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]复合材料在飞机结构中的应用——宋锋涛复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等诸多优点，其用于飞机结构上，可比金属结构明显减重，并可改善飞机气动弹性特性，提高飞行性能。

大概从20世纪40年代，玻璃/环氧树脂复合材料开始应用于操纵面、整流罩和雷达罩等航空部件。

60年代复合材料最初的应用是Boron/epoxy(硼/环氧基树脂)的F-14的水平安定面蒙皮和F-15水平与垂直安定面蒙皮。

第一个Carbon/Epoxy(碳/环氧基树脂)在军机上的应用是F-15的减速板。

70年代研制的 F/A-18A/B，采用了Carbon/3501-5复合材料机翼、控制面、垂尾和机身蒙皮，占结构重量的12%。

70年代后期研制了AV-8B(英国鹞式战斗机垂直起降)，当时使用复合材料的动力是追求性能和减重，复合材料用量占结构重量的28%，主要的材料是 Carbon/3501-6 epoxy ，用于机翼蒙皮、控制面、前机身蒙皮前中央机身蒙皮，并开始用于机翼、控制面和机身骨架，在受热零件上使用了BMI(双马来酰亚胺树脂是热固性树脂，加工简单，可在200℃以上的高温下，其机械强度和电气性能仍保持较好。

其在电气电子、精密机械、汽车、航空航天等领域有着较高的评价，具有广阔的应用前景。

)。

上世纪80年代复合材料在飞机结构上增加应用的目的是隐身，在此期间研制的F-117和B2，复合材料用量占结构重量的40%，主要使用Carbon/epoxy，以及一些特殊的树脂和增强体。

上世纪90年代复合材料在军机上的用量有所降低 (F/A-18E/F 和 F-22 的用量为22-26%)，追求减重（性能）变为要考虑成本因素。

这一点从图1可以看到。

C-17大型运输机的改进型机的次承力结构使用了复合材料，减重20%（213kg），零件减少90%（2000个），紧固件减少80%（42000个），工装减少70%，成本降低50%。

2017年2月第20卷第4期中国管理信息化China Management InformationizationFeb.,2017Vol.20,No.4新一代大型客机主要指使用效率（Efficiency）、经济（Economics）、超凡的乘坐舒适和便利（Extraordinary comfort and convenience）以及环保（Environmental）等综合性能比当前航线使用的客机有很大提高的大型商用运输机。

新一代大型客机的概念指导了波音787飞机和空客A350飞机的研发。

新一代大型客机机体结构的突出特点是广泛采用复合材料，复合材料不仅减轻了飞机结构的质量、提高了飞机结构的使用寿命、降低了飞机的维护费用，还可以增加舱内压力和空气湿度，提高民用飞机的经济性、舒适性、环保性。

先进复合材料在飞机结构上的应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能和由军机应用扩展到民机的发展道路。

基于近20多年经验的积累和认知的共识，按照适航规章要求，结合民机工程实际，聚合物基纤维增强复合材料在飞机结构中实现了规模化的应用。

要实现复合材料结构规模化的应用，结构设计必须要着重考虑复合材料结构在使用寿命期内、安全使用前提下，同时取得较好的经济效益。

结构设计在满足型号设计要求的同时，必须要考虑结构规模化应用对制造、使用、维修提出的新需求，在设计主导下，形成“设计—制造—使用—维修”一体化的结构设计，实现飞机复合材料结构的安全性与经济性。

1 新一代大型客机复合材料结构规模化应用的决策新一代大型客机机体结构需用新材料的决策是依据未来20～30年内大型客机在总体布局上与目前航线飞机不会有很大差别，但在综合性能、安全性、经济性和环保要求等方面，将有很大的提高发展趋势和航线宽体客机的需求增长制定。

新一代大型客机复合材料结构规模化应用的决策主要考虑： ①实现飞机结构明显减重，机翼、机身主结构均采用复合材料制造；②中模量高强碳纤维/增韧环氧（180℃固化）复合材料已经过工程应用的验证，可满足大型客机主结构对材料的要求；③复合材料制造工艺技术革新和新工艺技术发展，可使复合材料大型结构件制造成本明显下降；④先进设计技术和设计—制造一体化、并行工程技术的应用，使结构设计结果更科学合理，可实现异地设计和制造，为复合材料结构制造国际化创造了条件；⑤半个世纪复合材料应用经验的积累和复合材料结构设计理念与验证技术的更新，使新一代飞机研制周期大大缩短、研发费用减少。

大型民用飞机复合材料承压框结构及工艺发展分析一、复合材料承压框结构的发展历程传统的金属材料在航空领域中应用广泛，但是随着航空业的迅速发展，金属材料逐渐暴露出自身的局限性。

由于金属材料的重量较大，而且易受腐蚀和疲劳的影响，无法满足飞机结构轻量化和提高使用寿命的要求。

复合材料开始逐渐在航空领域中崭露头角。

复合材料由不同性质的两种或两种以上的材料组成，使得其具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此成为航空领域轻量化的重要选择。

承压框结构作为飞机的重要承载部件，其在复合材料的应用方面也得到了迅猛发展。

复合材料承压框结构的发展历程主要经历了以下几个阶段：1.早期阶段：在航空领域应用复合材料的早期阶段，复合材料承压框结构主要用于小型飞机和试验机上。

由于初期的材料质量和工艺水平限制，复合材料承压框结构的应用范围较窄，主要用于一些轻质的零部件上。

2.中期阶段：随着复合材料的研发和生产技术的不断提高，复合材料承压框结构开始逐渐应用于中型民用飞机的机翼和机身等结构上。

在这一阶段，复合材料承压框结构的设计和生产技术得到了较大的进展，为大型民用飞机的应用打下了基础。

与传统的金属材料相比，复合材料承压框结构具有许多优势，这些优势也是其在飞机结构中得到广泛应用的主要原因：1.轻质高强：复合材料承压框结构由于采用了轻质的复合材料，相对于金属材料有更高的强度和刚度，可以显著减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。

2.抗腐蚀性强：复合材料不易受腐蚀和氧化的影响，可以大大延长飞机结构的使用寿命，减少维护和修理成本。

3.设计灵活：相对于金属材料，复合材料在设计上更加灵活多样，可以生产出更加复杂、轻量化的结构，满足飞机在性能、效率和舒适性等方面的要求。

4.环保节能：复合材料的生产过程相对于金属材料更加环保，同时由于减轻了飞机的结构重量，可以降低飞机的燃油消耗，实现节能减排的效果。

5.良好的性能稳定性：由于复合材料具有良好的热膨胀系数和热导率，使得复合材料承压框结构在复杂的飞行环境中表现出良好的性能稳定性。

现代飞机机身常用的结构形式
现代飞机机身常用的结构形式有三种，分别是全金属结构、复合材料结构和金属-复合材料混合结构。

1. 全金属结构
全金属结构是指使用金属材料作为机身主要结构材料，常用的金属材料有铝合金、钛合金、不锈钢等。

全金属结构具有高强度、耐腐蚀、易于加工、维修等优点，在航空工业中应用广泛。

但是，全金属结构的密度相对较大，会影响飞机的燃油消耗和运载能力。

2. 复合材料结构
复合材料结构是指使用复合材料作为机身主要结构材料，常用的复合材料有碳纤维、玻璃纤维、有机玻璃等。

复合材料结构具有高强度、低密度、抗腐蚀、疲劳寿命长等优点，可以有效减轻飞机自重，提高燃油效率和运载能力。

但是，复合材料结构的维修难度较大，成本也较高。

3. 金属-复合材料混合结构
金属-复合材料混合结构是指使用金属材料和复合材料相结合的方式来构成机身
结构。

这种结构形式可以综合利用金属和复合材料的各自优势，从而达到减轻飞机自重、提高强度和耐久性等多种目的。

然而，金属-复合材料混合结构的设计和制造难度较大，需要采用特殊的加工工艺和技术。

飞行器设计中的新型复合材料在现代飞行器设计领域，新型复合材料的应用正引领着一场革命性的变革。

这些材料不仅为飞行器提供了更出色的性能，还在减重、提高强度和耐腐蚀性等方面展现出了巨大的优势。

新型复合材料的种类繁多，其中碳纤维增强复合材料（CFRP）是最为常见和重要的一种。

碳纤维具有极高的强度和模量，同时重量又很轻。

将碳纤维与树脂基体相结合，形成的 CFRP 具有优异的力学性能。

在飞行器结构中，如机翼、机身等部位使用 CFRP，可以显著减轻重量，提高燃油效率，增加航程。

例如，波音 787 梦想客机就大量采用了 CFRP 材料，使得飞机的重量大幅降低，同时降低了运营成本。

玻璃纤维增强复合材料（GFRP）也是常用的新型材料之一。

玻璃纤维成本相对较低，但其强度和耐腐蚀性依然较为出色。

在一些对成本较为敏感的飞行器部件中，GFRP 能够发挥重要作用。

比如，一些小型无人机的外壳和结构部件可能会采用 GFRP 来降低制造成本，同时保证一定的性能要求。

除了上述两种常见的纤维增强复合材料，还有一些特殊的新型复合材料正在逐渐崭露头角。

例如，陶瓷基复合材料（CMC）具有耐高温、抗氧化和高强度等特点，非常适合用于飞行器的发动机部件。

高温环境下，传统金属材料容易出现性能下降和疲劳问题，而 CMC 能够承受更高的温度和压力，提高发动机的效率和可靠性。

另外，纳米复合材料也是当前研究的热点之一。

通过在基体中添加纳米级的颗粒或纤维，可以显著改善材料的性能。

比如，纳米碳管增强复合材料具有极高的强度和导电性能，有可能用于飞行器的电子设备外壳和结构部件，提高电磁屏蔽性能和结构强度。

新型复合材料在飞行器设计中的应用带来了诸多优势。

首先，减重是最为显著的一点。

较轻的结构可以减少飞行器的燃油消耗，增加有效载荷，提高飞行性能。

其次，新型复合材料具有更好的强度和刚度，可以承受更大的载荷和复杂的力学环境，提高飞行器的安全性和可靠性。

此外，它们还具有良好的耐腐蚀性和抗疲劳性能，能够延长飞行器的使用寿命，降低维护成本。