航空航天复合材料发展现状及前景探究

胡亦安

摘 要：先进复合材料具有高性能、多功能和智能化的特点。由于其可塑性强，质量轻，现已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等行业。文章简要分析我国先进复合材料的发展现状，综述航空航天材料的应用发展状况，最后探析复合材料在航空领域内的未来发展前景。

关键词：航空航天；复合材料；发展现状；前景探究

复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。一个国家的复合材料工业水平，是衡量该国家和地区科技与经济实力的重要标志之一。新中国成立以来，我国航空航天事业飞速发展，对航空航天材料提出更多新要求。为更好地满足现有航天航空材料发展要求，要进一步加快研发新性能、高质量的复合型材料，使我国航空航天复合材料的研发在世界竞争中占有一席之地。

1 当前我国先进复合材料的发展现状

我国从20世纪70年代开始进行复合材料研究工作，经过40年的发展，我国的先进复合材料科技水平不断提升，取得了令世人瞩目的成绩。随着科学技术的持续更新，树脂与玻璃纤维的使用技术也在持续发展，部分生产厂家为适应产品需求不断提升自身的生产能力，让部分复合材料的价格成本被业内同行接受。但由于玻璃纤维的符合强度还不能媲美金属。因而碳纤维、硼纤维等也开始逐步应用和普及，完善高分子复合材料家族，并逐步成为部分产业必备的材料。世界范围内复合材料年均产量已经达到550万吨，其中年均产值是1300亿美元。若将这些复合材料应用到军事领域内，其产生的价值将无法估量。

先进复合材料已经在航空航天领域内开始大规模应用，逐步从次承力构件进入到主承力构件，这些复合材料多应用在军用飞机、民用飞机和航空发动机。虽然我国在复合材料生产研发上已取得成绩，但相较于国外先进水平还有一定的差距。我国现有的复合材料无论从工艺、设备还是制备方法上，都与国外同类产品。特别军用战斗机复合材料用量远远低于国外先进战斗机复合材料的使用总量。能超过这一总量的军用战斗机其整体用量只能控制在20%左右，比如J-20复合材料的总用量是27%。我国成功研制的大型民用飞机其复合材料使用概率能达到16%，通过上述可查数据能获悉我国使用先进符合材料在航空航天领域的应用价值正在逐步呈现上升态势。

2 先进复合材料在航空领域的应用

2.1 军机上的应用

为让新一代战斗机的性能持续提升，且满足超音速的巡航与隐身要求。90年代后期，西方的战斗机全部运用复合材料构造机身。运用先进复合材料能加大军用运输及的栽种量，提升军用飞机能携带的油量，克服常规材料在超高音速飞行器研制中油携带存有的瓶颈问题。因而，就要让先进的复合材料广泛的使用在军用飞机上面，就要使用符合其使用性能的材料。如，比较常用的碳纤维增强树脂基复合材料，这一材料就应使用在军用飞机的主要结构、次要结构和特殊部位等，不但能提升军用飞机的抗腐蚀性，更能带动其抗疲劳性，减轻整体机身的重量，提升飞行的高效性。如：F22存有超声波速巡航需要，因而飞机的外层表面要时刻与空气产生摩擦，大量的空气摩擦产生热力，若材料不能适应会引发小范围的磨损并伴有火花，严重威胁飞行安全。为此就应在机翼复合材料上使用新型的复合材料，常用的材料是双马来酰亚胺树脂基体材料，该材料能承受260度的最大工作温度。

2.2 民机上的应用

民用飞机与军用飞机在使用性能上存有本质不同，民用飞机主要的职能是载客，通过运营获取利益，商业成分更多，因而更重视飞机的安全和舒适性。所以使用常规材料就能满足民用飞机的使用性能要求。复合材料应用在飞机上的时间尚短，有关民用飞机材料工艺稳定性试验的数据不慎明确，故需要时间检验民用飞机上的复合材料使用状况。在民用航空上复合材料的使用限制因素较多，可详细的划分为两大类，结构件复合材料使用和机舱内复合材料使用。

就波音787为例进行探究，每一架波音787飞机其结构比例中存有大概50%吨的复合性材料，这说明如果从材料密度考虑能节约15吨的重量。空客也在这个过程中发挥自己的优势，其中就改名的A-350为例，其超宽的机身，所使用的复合材料占比能够达到52%，这是现有商用科技中占比最高的机型。

A-350xwb的机体宽度要大于B-78713cm，这两个机体是世界上仅有的大型商用机巨头，两家都先后推出复合材料，其总占比能达到50%，这就表明大型客机的结构材料设计要以复合材料为主。波音787等新一代复合材料在飞机上为更好的体现其性能，依靠运用低密度材料减轻机体重量是一方面，更要在工艺、结构力学上做好复合材料的设计与护理，由于使用复合材料存有较大的优势，如果在结构设计上处理的好，让其优势发挥的更加明显，做出符合标准结构部件。由于其性能稳定，所以整体结构不会随温度产生较大的尺寸变化。

国产的飞机在复合材料使用上比较保守，通过公开报道显示，复合材料使用总量能占整个飞机总量的20%左右。飞机上经常运用的复合材质是碳纤维树脂基复合材料，整体性能稳定，能承受高温腐蚀，质量偏轻。因而其性能优势远远超过于常规材料，由于复合材料价格占整个铝合金材料的十几倍以上，所以有些部分复合材料价格昂贵。

3 复合材料在航空领域中的发展前景

航空器水平的高低主要与先进复合材料的应用状况联系密切，且复合材料的使用是航空器发展的重要物质基础和先导性技术。我国先进复合材料应用水平相较于国外存有差距。基于此，我国已经加大重视力度，加快相关领域的研究，当前整体收效较好。

3.1 智能化

复合材料的研究需满足智能化需求，智能型复合材料可广泛的应用在航空航天器的外表面。要求在未来一段时间内，在航空器的表面加设各类传感装置，实时监控周边环境，并运用通讯、电子等系统，保障航空器在一定环境内的平稳运行。

3.2 多功能化

为减少航空航天器的整体体积，就应想尽一切办法提升航空航天器的预防能力，部分结构部件也应多项功能，通过应用多功能复合材料为航空航天器的新型功能赋予更多的意义。从现阶段考虑，多功能的复合材料研究已从双向功能逐步转化为三向功能。

3.3 质量轻、性能高

使用先进的复合材料能减轻航空航天材料中的总质量比，虽然我国航空材料占比已达到20%，但与国外的25%占比相比还存有差距。我国的复合材料整体性能偏低，结构性能偏差。在未来发展中，需强化复合材料的强度和韧度，以期在整体研究方面提出新的要求。研发中要求研究整体性能好，强度高和韧度强的新型复合型材料，让复合材料的总体减重比小于25%。

3.4 低成本

目前航空航天发展中复合材料使用中存在有的最大限制性因素是成本偏高。为解决这一问题，需着重研究复合材料的制造工艺，并运用科学合理的制造工艺制造和加工符合材料的结构与尺寸。运用先进的控制技术，开展自动化的控制模式，提升符合材料的生产效率。这不但能提升复合材料的成品效率，更能降低复合材料的造价成本。

综上所述，历经40年的发展，我国的先进复合材料工业体系日趋完整，并已经成功进入到航空航天生产实践内。但通过资料和数据对比获悉，在加快发展中还与世界先进水平存有差距，作为一名高中学生，我要努力学习相关文化知识，力争学成以后在复合材料的制造、设计与工艺方面改进方面贡献自身力量。

参考文献

[1]唐见茂.航空航天复合材料发展现状及前景[J].航天器环境工程， 2011（09）：3-5.

[2]汤旭，李征，孙程阳.先进复合材料在航空航天领域的应用[J].中国高新技术企业，2016（06）：13-15.