复合材料在飞机结构上的广泛应用

高性能的先进复合材料，经常用到临界刚度。所以，在开发新的复合材料时，趋向是要最大限度地增大纵向模量，而保持强度、冲击韧性、应变破坏和断裂韧性在可接受水平上。由于其拉伸特性是纤维的优势，所以，可按用途来进行纤维的选择。

向层压板的压缩特性与纤维和基体二者相关。当压缩模量与纤维无关时，要按纯基体的剪切模量来限定抗压强度。但对各向同性的均质材料而言，纯基体的剪切模量就与基体拉伸模量发生关系。所以，基体强度相对高时，就要防止或尽量减小复合材料在冲击条件下布层内出现碎裂，而且也要确保横向性能合格。断裂韧性，是使基体把裂纹和缺陷扩散限制最低范围的关键，特别对交联界面更是如此。

冲击之后保持抗压强度和应变，是高性能复合材料的重要特性。尽管防破坏至关重要，但要强调指出，破损安全仍是最决定性的。因此，为防止过度分层造成扩展而产生的冲击裂纹，用于飞行器结构的复合材料，需有足够的层间断裂韧性。

综合改进基体的准则，强调薄弱环节的经验数据：考虑降低性能最危险迹象的设计标准，加工工艺技术的限制，对纯基体性质和复合材料性质之间关系的估计。

早期实验证明，复合材料和铝钛结构相比，可减轻总质量的25％～35％，加上减少零件数量，是复合材料在多种用途中使用主要吸引力。目前影响更广泛的采用复合材料的障碍，是其与铝相比价格高、所需要的制作工艺劳动强度大、购买新一代相关生产设备的投资费用多。但是，劳动生产强度大，能够通过研制复合材料关键工艺技术，即生产制造工艺的自动化予以解决。

金属都是各向同性的，而复合材料都是各向异性的，一块单向铺层虽在轴向具有很高的强度和刚度，但在横向只有很低的特性。以载荷和功能要求为依据的正交铺层，能使复合材料达到并超过金属的特性。但是，复合材料也能铺叠成准各向同性的（具有近乎各向同性特性）。

国内复合材料结构技术的现状与差距

我国飞机结构上对复合材料的应用，追随着国际上先进国家的脚步，发展的历程基本相同。军民用飞机的各类舵面上，选择复合材料结构已经很普遍。

目前，我国已经开始进行复合材料机翼主结构技术的研究工作。由于机翼结构外形复杂，连接关系多，结构复杂，尺寸大，加工制造难度大。同时机翼需要考虑发动机吊挂接头、起落架支撑结构等集中载荷的影响等等。这些特殊要求，给设计和制造带来了难度。

虽然国内在复合材料的设计制造方面，取得很大进步，但是与国际先进水平比较，尤其是在复合材料主承力结构设计制造技术方面，还是存在相当大的差距。

复合材料在飞机结构上的应用情况，大致可以分为3个阶段：

第一阶段，是应用于受载不大的简单零件部件，如各类口盖、舵面阻力板、起落架舱门等；第二阶段，是应用于承力较大的尾翼等次级主承力结构，如垂直安定面、水平安定面、全动平尾、鸭翼等；第三阶段，是应用于主承力结构，如机翼盒段、机身等。

这3个阶段所涉及的复合材料制造技术，是3个不同的层次，在载荷水平上是完全不同的，对构件制造技术的要求也不同，构件的尺寸和结构的复杂程度，也有大幅的提高。国内目前的技术水平，处于第2阶段的水平。

对大型复合材料整体壁板的设计制造技术，由于尺寸及载荷增大，使得在复合材料结构形式的选择与优化、设计许用值的确定、分离面的设计、机械连接、制造精度及工艺稳定性、试验研证方法等方面，都需要进行进一步的深入研究。在制造与工艺技术方面，国内航空复合材料结构生产厂家除了采用预浸料/热压罐成型工艺生产复合材料构件，也开始采用各种低成本制造技术，生产不同的复合材料构件，也配备了一定的无损检测设备，普遍采用激光定位、自动铺带机、预浸料切割机、预制体编织机等复合材料制造设备，初步满足现阶段航空复合材料构件生产的需求。

但对于大型飞机复合材料构件的制造，仍然是生疏的，特别是大型整体成形技术和手段仍然是关键瓶颈，从模具、材料、检验等材料体系与标准规范方面，国内现在还没有国产的通过适航认证的适应下一代先进民机复合材料的碳纤维，即使是芳纶纤维、玻璃纤维（布）也未经过适航认证过程。目前适合于先进民机复合材料构件用的环氧树脂体系，有一定的基础，但数据都不完善，尚未获得适航认证。

纵观国外复合材料技术的发展，几乎都采用了先预研，再在型号中应用的方法。20世纪80年代后期以来，美国和欧洲就复合材料结构技术，开展了多个专项计划研究，已经取得了显著的成果。正是由于这些成果的取得，复合材料在民机结构中的应用，才能出现突破性的进展。

随着国内先进复合材料在军民用飞机上的应用不断扩大，以及设计和制造技术的积累，一些代表复合材料发展趋势的低成本复合材料结构技术，也有所进展。对飞机复合材料结构的应用研究，也在持续开展。在碳纤维制造、复合材料结构制造设备、复合材料主结构设计技术、大型无损检测技术方面，已经有了长足的进展。

结束语

可以预期，这些持续不断的各类复合材料研究项目的成果，必定会在将来国内新的飞机项目中得到大量的应用，从而增强我国在世界航空工业的竞争力。

参考文献：李映红,赵智姝,韩勐.复合材料在飞机结构上的广泛应用[J].装备制造技术,2011(04):138-140.

文章来源：新材料新能源在线返回搜狐，查看更多