淺談復合材料在飛機、直升機中的應用

摘 要：先進的復合材料自六十年代問世以來，由于其具有比強度高、比模量大、可設計性強、減震性、耐疲勞性、耐腐蝕性、過載時安全性好的優點，迅速在航空航天領域被廣泛采用。本文介紹了復合材料的發展過程，在分析復合材料在飛機上使用狀況的基礎上，總結我國現階段復合材料應用上存在的問題，并提出解決問題的方法。

關鍵詞：飛機 直升機 復合材料 復合材料結構修理指南

中圖分類號：V25 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

1引言

戰斗機因高性能要求，需要綜合應用各種高新技術。因為先進復合材料的崛起源于飛機結構輕質化需求，而且復合材料飛機結構要求高，性能要求全面，設計難度大，涵蓋面廣，要求進行綜合優化，其設計技術代表了先進復合材料技術發展的方向。因此復合材料在戰斗機結構中的應用代表了復合材料結構技術發展的最先進水平。

2復合材料的應用

復合材料在飛機結構中的應用大致可分為三個階段：

第一階段是應用于承載不大的簡單部件，如各類口蓋、舵面，阻力板、起落架艙門等。對這類部件，據統計可減重20%左右。

第二階段是應用于承力大的結構和主結構上，如安定面、全動平尾、前機身段、機翼等。據統計可減重25%—30%。

第三階段是應用于主承力和復雜受力結構，如機身、中央翼盒等，據統計可減重25%—30%。

2.1符合材料在軍機上的應用

先進復合材料具有比強度和比剛度高、性能可設計和易于整體成型等許多優異特性，將其用于飛機結構上可比常規的金屬結構減輕飛機重量，并可明顯改善氣動彈性特征，提高飛機性能。這是其他材料無法或難以達到的。先進復合材料的廣泛應用還可進一步推進隱身和智能結構設計技術的發展。因此，先進復合材料在飛機上應用的部位和用量的多少已成為衡量飛機結構先進性的重要指標之一。

直升機上復合材料的用量已達到結構質量的60%—80%，如美國的武裝直升機RAH-66，其復合材料用量達到結構質量的50%以上，美國的垂直起降，傾轉旋翼后又可高速巡航的V-22“魚鷹”幾乎是一個全復合材料直升機。

2.2復合材料在民機上的應用

從安全性和經濟性考慮，復合材料在民機上的應用滯后于軍用飛機。飛機的安全性是民用飛機設計準則的基礎，而市場競爭使飛機公司更為注重飛機的全壽命成本和性能效益。波音777和A340等飛機上的應用情況代表了當今在民機結構上復合材料技術發展的成熟程度和應用水平。可以預見，隨著軍用飛機應用復合材料結構的經驗不斷積累和成熟，以及成本的降低，在下一代民機上肯定會進一步增加復合材料的應用。

3我國復合材料的發展歷程

我國從20實際60年代末開始復合材料及其在飛機結構上的應用研究。70年代中期研制成功了第一個復合材料飛機構件--某殲擊機進氣道壁板。80年代基本實現了復合材料的應用從次承力結構到主承力結構的轉變，復合材料的垂直平尾、水平尾翼、前機身等構件已在多種型號上使用，可以小批量生產，并出版了由中國航空研究院編寫的?復合材料結構設計手冊?、?符合材料連接手冊?、?復合材料結構穩定性分析指南?、?復合材料結構修理指南?，填補了國內在復合材料規范方面的空白【2】。標志著我國復合材料在飛機結構中的應用已上了一個新臺階，航空先進符合材料在我國已進入實際應用階段。

4我國復合材料現階段遇到的問題

4.1復合材料發展產業：有產能，無產量。

與發達國家相比，復合材料在我國軍事領域的使用量并不高。發達國家復合材料在部分軍機上的用量早已超過50%，而我國軍用戰斗機上最大用量尚不足10%；在民用方面美國的大型客機波音787上復合材料用量也超過50%【3】，而我國首架擁有自主知識產權的支線客機ARJ使用的復合材料僅占飛機結構總量的2%。我國的產能有了，但產量還不能滿足需求，高品質、高性能的纖維復合材料還沒有過關。

4.2結構效率與可靠性的矛盾。

在復合材料研究領域的科學與技術難題中，材料結構效率與可靠性的矛盾是最難解決的。復合材料的性能分散性和服役環境的不確定性是制約復合材料及結構工程化應用最大的難題，也是復合材料的“軟肋”。

4.3基礎研究薄弱

基礎研究不足、關鍵技術未能實現突破，是復合材料產業發展停滯不前的原因。基礎研究固有的投入高、風險高、研究周期長的特點，是造成我國復合材料基礎研究薄弱、缺乏原創性技術的根本原因。

作為國務院《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》中重點發展的三大新材料之一，復合材料的產業化備受矚目。只要我們重視基礎研究，以基礎研究的發展作為先導，用政策推動基礎研究，堅持科研、生產和應用的結合，相信一定能克服各種難題，促進我國復合材料的產業化發展。

5結語

經過近50年的發展，我國復合材料逐漸形成體系，部分已經滿足了飛機、直升機的技術需求，但總體上與發達國家還有一定的差距。新的型號需求為先進復合材料提供了新的動力和機遇。因此，隨著材料技術的發展和飛行器的研制，先進復合材料在飛機、直升機中將得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

[1]趙美英，陶梅貞.復合材料結構力學與結構設計[M].西安：西北工業大學出版社.2007

[2]沈真，陳普會，柴亞南.航空復合材料結構強度研究發展的回顧和展望[J].航空復合材料預研二十年回顧展望研討會.北京.2001.10.1

[3]益小蘇.先進復合材料技術研究與發展[M].北京：國防工業出版業.2006