1、引言
　　 近百年來(lái)航空工業(yè)與材料工業(yè)一直在相互推動(dòng)下發(fā)展。繼鋁、鋼、鈦等金屬材料后，在新一代飛機(jī)中復(fù)合材料已成為四大航空材料之一。目前越來(lái)越多的飛機(jī)零部件開(kāi)始采用復(fù)合材料，從座椅、肋板、內(nèi)部裝飾、舷窗、引擎罩蓋，到機(jī)翼、機(jī)身和整流罩等，復(fù)合材料成為現(xiàn)代飛機(jī)制造的重要材料。
　　 航空工業(yè)總是引領(lǐng)先進(jìn)材料的技術(shù)開(kāi)發(fā)，在世界范圍內(nèi)，以碳纖維為增強(qiáng)體的先進(jìn)復(fù)合材料誕生于20世紀(jì)60年代末，大型飛機(jī)于20世紀(jì)70年代初就開(kāi)始了先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用。復(fù)合材料革命的發(fā)生是因其產(chǎn)品的非常特性以及近年技術(shù)開(kāi)發(fā)的結(jié)果。在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，從金屬材料轉(zhuǎn)向復(fù)合材料可以減重10～40%，結(jié)構(gòu)成本降低15～30%。
　　 2、航空復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展總體情況分析
　　 國(guó)外目前復(fù)合材料在軍機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)上的用量早已達(dá)到或超過(guò)50％；現(xiàn)今在大型客機(jī)上的用量也超過(guò)了50％。在通用航空領(lǐng)域許多小飛機(jī)的復(fù)合材料用量更高，甚至達(dá)到了結(jié)構(gòu)重量的90%。可以看出復(fù)合材料的應(yīng)用已經(jīng)成為民用飛機(jī)實(shí)現(xiàn)其先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性的重要技術(shù)途徑之一。
　　 在過(guò)去幾十年內(nèi)，民機(jī)復(fù)合材料用量正顯著增加。上世紀(jì)七十年代及八十年代初，雷達(dá)罩、機(jī)身整流罩、內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)、控制面板等應(yīng)用了復(fù)合材料，占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的1～3%。隨著復(fù)合材料工業(yè)的成熟以及成本降低，新一代A320、波音777等飛機(jī)復(fù)合材料用量占結(jié)構(gòu)重量的10～15%。新研制出的A380約結(jié)構(gòu)重量的1/4是復(fù)合材料，單機(jī)復(fù)合材料有30噸。復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量50%的波音787飛機(jī)更加具有革命性，其典型特征是全復(fù)合材料的機(jī)身，并在機(jī)翼、短艙及內(nèi)裝飾應(yīng)用了大量復(fù)合材料。受波音787的推動(dòng)，A350XWB復(fù)合材料將增加到53%；A400M軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料約占結(jié)構(gòu)件重量40％。
　　 此外，空客及波音公司都將在窄機(jī)身飛機(jī)上明顯擴(kuò)大復(fù)合材料的應(yīng)用，這些飛機(jī)將在幾十年內(nèi)最終取代目前廣泛使用的波音737及A320飛機(jī)。因窄機(jī)身飛機(jī)目前占全球運(yùn)輸機(jī)隊(duì)的70%，這將急劇加速對(duì)航空供應(yīng)鏈的沖擊。
　　 3、波音民用飛機(jī)公司復(fù)合材料應(yīng)用情況
　　 波音公司研制的B787飛機(jī)，提高燃油效率20%（其中12%的貢獻(xiàn)來(lái)自于大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)），它是世界上第一個(gè)采用復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型商用客機(jī)，其應(yīng)用廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)B777和A380，大型機(jī)翼整體壁板、機(jī)身等部件大量采用自動(dòng)鋪放制造技術(shù)。波音認(rèn)為采用復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護(hù)要求，增加未來(lái)發(fā)展的潛力和空間。
　　 B787飛機(jī)復(fù)合材料占50%左右，考慮到復(fù)合材料密度僅為1.6g/cm3，故全機(jī)主要結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合材料制成，從外表面看，除機(jī)翼、尾翼前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)掛架外幾乎看不到金屬。主要應(yīng)用部位包括機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、平尾、發(fā)房、地板梁、部分艙門(mén)、整流罩等，甚至還包括了起落架后撐桿、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、葉片等部位。應(yīng)該特別指出這是世界上第一個(gè)采用復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型客機(jī)，為世界之最，世界公認(rèn)這是復(fù)合材料發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。
　　 B787的主要用材體系為T(mén)800S/3900-2，纖維為日本東麗公司生產(chǎn)，樹(shù)脂為改性的韌性環(huán)氧，177℃固化，已基本在B777上完成使用和驗(yàn)證波音認(rèn)為復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性、耐腐蝕性，可降低使用維護(hù)要求和成本，較B767降低成本30%，未來(lái)發(fā)展的潛力和空間大大增加。
　　 4、空客飛機(jī)公司航空復(fù)合材料應(yīng)用情況
　　 空客公司一直注重復(fù)合材料的研究與應(yīng)用，空客系列飛機(jī)復(fù)合材料所占結(jié)構(gòu)重量比例不斷上升。主要應(yīng)用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機(jī)身、地板梁、后承壓框等，大量采用自動(dòng)鋪放制造技術(shù)。
　　 A380約25%由復(fù)合材料制造，其中22%由各種不同的增強(qiáng)型塑料復(fù)合材料制成，大部分是Hexcel公司和Cytec公司提供的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂。其中，減速板、垂直和水平穩(wěn)定器（用作油箱）、方向舵、升降舵、副翼、襟翼擾流板、起落架艙門(mén)、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、后密封隔框、后壓力艙、后機(jī)身、水平尾翼和副翼均采用復(fù)合材料制造。
　　 A380是第一個(gè)將復(fù)合材料用于中央翼盒的大型民機(jī)，該翼盒總重8.8t，其中采用復(fù)合材料5.3t，實(shí)現(xiàn)減重1.5t；板厚可達(dá)45mm，重要連接點(diǎn)處可達(dá)160mm，連接釘直徑可達(dá)2.54cm，可承受高載。機(jī)身后承壓框6.2m×5.5m，上有泡沫塑料充填的加筋，用RFI（樹(shù)脂膜熔塑）技術(shù)成形，號(hào)稱世界上最大的RFI整體成形構(gòu)件。機(jī)身地板梁為I型梁，兩端固支，受載很大，由日本JAMCO公司制造，采用了創(chuàng)新的拉擠技術(shù)，拉進(jìn)去的是預(yù)浸料而不是纖維。A380上機(jī)身使用多塊Glare層板，面積達(dá)470m2以上，約占全機(jī)結(jié)構(gòu)總重的3%～4%，與相應(yīng)的鋁合金板比可減重25%～30%，其疲勞壽命則可提高10～15倍。
　　 目前，空客公司已啟動(dòng)A350XWB項(xiàng)目，為了同B787進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，復(fù)合材料的用量已達(dá)到了52%，具體部件包括機(jī)翼、平尾、垂尾以及機(jī)身的各段，其中機(jī)翼、平尾、垂尾為全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，機(jī)身為混雜結(jié)構(gòu)。由于在機(jī)身上使用了復(fù)合材料，機(jī)身段數(shù)目減少為3個(gè)，生產(chǎn)將采用自動(dòng)鋪放技術(shù)。
　　 A350XWB機(jī)翼有“王冠上的珍珠”之稱，是單通道客機(jī)機(jī)翼中最大的復(fù)合材料機(jī)翼，面積達(dá)到442m2，翼展64m。A350XWB機(jī)翼80%為復(fù)合材料，選材是在ATR支線飛機(jī)以及A400M 軍用運(yùn)輸機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。ATR及A400M的復(fù)合材料機(jī)翼外翼上裝有發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛，A350XWB機(jī)翼上還安裝了承受起落架的接頭。A350XWB 吸收了A380大的平尾以及中央翼盒的選材經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)翼壁板厚度尺寸上還吸取了A320、A330、A340及A380的平尾壁板厚度經(jīng)驗(yàn)，機(jī)翼表面要能承受登機(jī)梯的偶然沖擊損傷。
　　 A350XWB機(jī)翼上所有大結(jié)構(gòu)件（蒙皮、桁條、梁）以及活動(dòng)面均為復(fù)合材料，翼肋可能是鋁或鋁鋰合金：32m長(zhǎng)的前緣50%為碳纖維復(fù)合材料。A350XWB中央翼盒采用A340-500/600的結(jié)構(gòu)布局，復(fù)合材料的應(yīng)用則采用A380的模式。
　　 4、結(jié)論
　　 先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、模塊化起著至關(guān)重要的作用。隨著復(fù)合材料性能、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的用量也在不斷擴(kuò)大。復(fù)合材料用量的劇增，帶動(dòng)了航空復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，使先進(jìn)復(fù)合材料正在逐步成為一種成熟、穩(wěn)定的航空材料。目前，復(fù)合材料和鋁、鋼、鈦一起，已發(fā)展成為四大航空結(jié)構(gòu)材料，復(fù)合材料技術(shù)已成為影響飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。