航空復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的回顧及展望

武永琴

摘 要：隨著航天技術(shù)的進(jìn)步及人類對航天工業(yè)的重視度增加，單一的材料已經(jīng)不能滿足航天業(yè)的需求，而復(fù)合材料的出現(xiàn)解決了人類面臨的困境。復(fù)合材料，顧名思義就是由兩種及兩種以上材料所合成的，一般是由有機(jī)高分子和無機(jī)金屬或有機(jī)化合物復(fù)合而成，復(fù)合材料將所有材料的優(yōu)點(diǎn)集于一身，使得復(fù)合材料在強(qiáng)度、造價等綜合性能上比單一的材料更能符合航天工業(yè)的需求，所以我們應(yīng)該在已有的基礎(chǔ)上不斷地探索復(fù)合材料的研發(fā)技術(shù)，使我國的航天工業(yè)發(fā)展的更好。

關(guān)鍵詞：航天技術(shù)；復(fù)合材料；發(fā)展

復(fù)合材料自研發(fā)以來，被廣泛地運(yùn)用于航空工業(yè)中，例如在民用航天領(lǐng)域上，飛機(jī)的大部分都是采用復(fù)合材料，在航天飛行器的許多零件也是由復(fù)合材料構(gòu)成的，導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭等的應(yīng)用更是普遍，由此可見復(fù)合材料對航空工業(yè)的重要性。但是我國目前在復(fù)合材料的技術(shù)方面還不太成熟，所以我們要在前人的基礎(chǔ)上不斷探求發(fā)展之路。

1 復(fù)合材料的發(fā)展歷程

我國在1958年開始使用復(fù)合材料，初期便運(yùn)用于航天工業(yè)。之后，我國的復(fù)合材料發(fā)展迅速，復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。一開始，復(fù)合材料主要用在飛機(jī)的雷達(dá)罩、副油箱等，但當(dāng)時采用的是玻璃鋼纖維，由于玻璃鋼纖維的彈性很小，不能運(yùn)用于飛機(jī)受力大的部位，后來便出現(xiàn)了硼纖維，但硼纖維因為不能被長時間加工，所以只能用在飛機(jī)修理方面，綜合各方面因素，碳纖維成了飛機(jī)上主要使用的復(fù)合材料。現(xiàn)如今，復(fù)合材料憑借著它抗腐蝕性好、成本低、使用時間長等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在飛機(jī)的各個方面。50多年過去了，我國的復(fù)合材料技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)建立的航空航天材料基本體系可以滿足我國目前航空航天需求，復(fù)合材料的生產(chǎn)能力和協(xié)作配套網(wǎng)絡(luò)，也使得我國的航天工業(yè)處于穩(wěn)定發(fā)展階段，形成復(fù)合材料的所用的原材料也基本上是自產(chǎn)自銷。雖然這樣，我們在某些高水平研究上人與發(fā)達(dá)國家有較大的差距，優(yōu)質(zhì)的碳纖維和其他高水平的復(fù)合材料大多數(shù)是從其他國家買進(jìn)的，這極大地限制了我國航天技術(shù)的發(fā)展。所以目前我們不僅要增加復(fù)合材料的產(chǎn)量而且還得提高它的質(zhì)量，只有復(fù)合材料的技術(shù)提高，我國的航天工業(yè)才會更迅速地發(fā)展起來。

2 復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1 復(fù)合材料在軍事方面的應(yīng)用

復(fù)合材料在一問世時，就被應(yīng)用在軍事飛機(jī)上，復(fù)合材料的使用使軍機(jī)更加輕便，可攜帶更多的炸彈。隨著時代的發(fā)展，復(fù)合材料在軍機(jī)上所占比重越來越大，所承擔(dān)的任務(wù)越來越重要。復(fù)合材料不僅僅用在戰(zhàn)機(jī)上面，在直升機(jī)上也廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料使得直升機(jī)的重量減輕，在起飛時節(jié)省時間，同時復(fù)合材料的應(yīng)用還可以減少直升飛機(jī)的墜毀概率，保障了戰(zhàn)士們的安全。近幾年，無人機(jī)的問世也掀起了一陣熱潮，無人機(jī)的主要作用是攜帶武器，作為戰(zhàn)斗武器來使用，這就要求無人機(jī)在體積一定的情況下盡可能多的裝備武器，復(fù)合材料使這個設(shè)想成為可能。RQ-4B高空長時間無人偵察機(jī)，除機(jī)身主結(jié)構(gòu)為鋁合金外，剩下的都是復(fù)合材料構(gòu)成的。軍事中不僅僅有戰(zhàn)斗還有物資需求，采用復(fù)合材料制造出來的大型貨運(yùn)機(jī)可以攜帶大量的軍需物資，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮巨大作用。

2.2 復(fù)合材料在民用方面的應(yīng)用

現(xiàn)在復(fù)合材料漸漸應(yīng)用于民用飛機(jī)上。由于民用飛機(jī)與戰(zhàn)機(jī)不同，民用飛機(jī)載人數(shù)量多、重量大，所以這就要求飛機(jī)的結(jié)構(gòu)牢固。在初期，復(fù)合材料只用在一些輔助性的結(jié)構(gòu)上，比如我們所熟知的波音號飛機(jī)，在前幾個型號上，復(fù)合材料的應(yīng)用不足10%，而后來隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷精進(jìn)，幾年之后波音787上的復(fù)合材料竟然占到機(jī)身總重量的一半并且廣泛應(yīng)用在主要受力結(jié)構(gòu)上。復(fù)合材料在民用飛機(jī)上大范圍使用這是民用飛機(jī)史上的一次重大改變，復(fù)合材料讓飛機(jī)更加輕便，強(qiáng)度更高，使用年限更久同時也使飛機(jī)的安全性得到了保障，復(fù)合材料的還使得飛機(jī)的成本下降，所以，復(fù)合材料在民用航空的前景必然十分光明。

2.3 復(fù)合材料在航天的應(yīng)用

當(dāng)航天技術(shù)開始研究時，科學(xué)家們就提出必須要用先進(jìn)的、輕便的、耐用的材料來制作。航天飛機(jī)最主要的任務(wù)就是以最低的成本，用可持續(xù)利用的飛行器，把盡可能大的有效載荷送上太空中。那時候人們就開始研制高科技材料，經(jīng)過不斷的試驗和技術(shù)的提高，人們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料不僅具有高比強(qiáng)度、高比剛度和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，某些復(fù)合材料還有可以焊接、耐腐蝕等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)都非常符合航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料要求尤其適用于軌道器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中。在航天飛機(jī)上，它的推力結(jié)構(gòu)用的是硼/環(huán)氧、鋁/硼和石墨/環(huán)氧等復(fù)合材料，在環(huán)形框架、大梁、衍條、蒙皮橫梁、連接件中也采用了大量的復(fù)合材料，儲箱的襯桶上用玻璃纖維圍繞著，外殼用玻璃纖維和蜂窩纖維包裹，航天飛機(jī)上復(fù)合材料的用量高達(dá)190多公斤。

3 復(fù)合材料技術(shù)未來的發(fā)展

復(fù)合材料的發(fā)展歷史和在航天工業(yè)的應(yīng)用我們已經(jīng)有所了解，復(fù)合材料的重要性已經(jīng)不言而喻，所以復(fù)合材料的前景是十分光明的但是到目前為止，復(fù)合材料還沒有被普遍地使用，究其根由有這幾方面：第一是復(fù)合材料的造價太貴，這并不是說復(fù)合材料的成本高，它的成本是低于一般材料的，但由于技術(shù)的不成熟和原料的不充裕，綜合下來它的造價是非常高的。第二是國內(nèi)的復(fù)合材料原材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)非常差。第三是因為我國的理論知識非常落后。由于歷史原因，我國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較遲發(fā)展較為緩慢，復(fù)合材料在國內(nèi)的應(yīng)用也比較晚，這些原因?qū)е碌氖俏覈膹?fù)合材料技術(shù)很不完善。在航天工業(yè)中，我國許多復(fù)合材料依賴進(jìn)口，本國并不能生產(chǎn)，所以我們面臨的主要問題是如何大力發(fā)展我們的技術(shù)，不再一味的向其他國際買進(jìn)，形成我們自己的特色產(chǎn)品。

作者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個方面改進(jìn)：（1）對航空航天與民用領(lǐng)域中廣泛采用的材料例如各種先進(jìn)復(fù)合材料及一些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行精加工，進(jìn)一步研制，使它們的成本下降，可以廣泛用在各個領(lǐng)域。（2）加強(qiáng)對復(fù)合材料原材料的改進(jìn)。（3）利用發(fā)達(dá)的計算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行理論設(shè)計，減少了材料的浪費(fèi)，達(dá)到省時省力保證質(zhì)量和降低成本的目的。

4 結(jié)束語

我國的復(fù)合材料技術(shù)在起步時就已經(jīng)落后于其他國家，當(dāng)復(fù)合材料的重要性越來越明顯，應(yīng)用前景越來越廣泛時，我們不能再落后，國家應(yīng)大力扶持復(fù)合材料在航天工業(yè)中的研究項目，在新世紀(jì)我國的航天工業(yè)會隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展逐漸壯大，屹立于世界不敗之地。

參考文獻(xiàn)

[1]任曉華.航空復(fù)合材料制造技術(shù)發(fā)展[J].航空科學(xué)技術(shù)，2010（4）.

[2]劉友丹，竇潤龍.航空復(fù)合材料市場分析展望[J].航空制造技術(shù)，2011（20）.

[3]唐見茂.航空航天復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].航天器環(huán)境工程，2013（4）.