1、引言
　　 近百年來航空工業(yè)與材料工業(yè)一直在相互推動下發(fā)展。繼鋁、鋼、鈦等金屬材料后，在新一代飛機中復合材料已成為四大航空材料之一。目前越來越多的飛機零部件開始采用復合材料，從座椅、肋板、內(nèi)部裝飾、舷窗、引擎罩蓋，到機翼、機身和整流罩等，復合材料成為現(xiàn)代飛機制造的重要材料。
　　 航空工業(yè)總是引領先進材料的技術開發(fā)，在世界范圍內(nèi)，以碳纖維為增強體的先進復合材料誕生于20世紀60年代末，大型飛機于20世紀70年代初就開始了先進復合材料應用。復合材料革命的發(fā)生是因其產(chǎn)品的非常特性以及近年技術開發(fā)的結(jié)果。在飛機設計中，從金屬材料轉(zhuǎn)向復合材料可以減重10～40%，結(jié)構(gòu)成本降低15～30%。
　　 2、航空復合材料應用發(fā)展總體情況分析
　　 國外目前復合材料在軍機、直升機、無人機上的用量早已達到或超過50％；現(xiàn)今在大型客機上的用量也超過了50％。在通用航空領域許多小飛機的復合材料用量更高，甚至達到了結(jié)構(gòu)重量的90%。可以看出復合材料的應用已經(jīng)成為民用飛機實現(xiàn)其先進性、經(jīng)濟性和舒適性的重要技術途徑之一。
　　 在過去幾十年內(nèi)，民機復合材料用量正顯著增加。上世紀七十年代及八十年代初，雷達罩、機身整流罩、內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)、控制面板等應用了復合材料，占飛機結(jié)構(gòu)重量的1～3%。隨著復合材料工業(yè)的成熟以及成本降低，新一代A320、波音777等飛機復合材料用量占結(jié)構(gòu)重量的10～15%。新研制出的A380約結(jié)構(gòu)重量的1/4是復合材料，單機復合材料有30噸。復合材料占結(jié)構(gòu)重量50%的波音787飛機更加具有革命性，其典型特征是全復合材料的機身，并在機翼、短艙及內(nèi)裝飾應用了大量復合材料。受波音787的推動，A350XWB復合材料將增加到53%；A400M軍用運輸機復合材料約占結(jié)構(gòu)件重量40％。
　　 此外，空客及波音公司都將在窄機身飛機上明顯擴大復合材料的應用，這些飛機將在幾十年內(nèi)最終取代目前廣泛使用的波音737及A320飛機。因窄機身飛機目前占全球運輸機隊的70%，這將急劇加速對航空供應鏈的沖擊。
　　 3、波音民用飛機公司復合材料應用情況
　　 波音公司研制的B787飛機，提高燃油效率20%（其中12%的貢獻來自于大量采用復合材料結(jié)構(gòu)），它是世界上第一個采用復合材料機翼和機身的大型商用客機，其應用廣度遠遠超過B777和A380，大型機翼整體壁板、機身等部件大量采用自動鋪放制造技術。波音認為采用復合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護要求，增加未來發(fā)展的潛力和空間。
　　 B787飛機復合材料占50%左右，考慮到復合材料密度僅為1.6g/cm3，故全機主要結(jié)構(gòu)均采用復合材料制成，從外表面看，除機翼、尾翼前緣、發(fā)動機掛架外幾乎看不到金屬。主要應用部位包括機翼、機身、垂尾、平尾、發(fā)房、地板梁、部分艙門、整流罩等，甚至還包括了起落架后撐桿、發(fā)動機機匣、葉片等部位。應該特別指出這是世界上第一個采用復合材料機翼和機身的大型客機，為世界之最，世界公認這是復合材料發(fā)展史上一個重要的里程碑。
　　 B787的主要用材體系為T800S/3900-2，纖維為日本東麗公司生產(chǎn)，樹脂為改性的韌性環(huán)氧，177℃固化，已基本在B777上完成使用和驗證波音認為復合材料除減重外，還可提供更好的耐久性、耐腐蝕性，可降低使用維護要求和成本，較B767降低成本30%，未來發(fā)展的潛力和空間大大增加。
　　 4、空客飛機公司航空復合材料應用情況
　　 空客公司一直注重復合材料的研究與應用，空客系列飛機復合材料所占結(jié)構(gòu)重量比例不斷上升。主要應用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機身、地板梁、后承壓框等，大量采用自動鋪放制造技術。
　　 A380約25%由復合材料制造，其中22%由各種不同的增強型塑料復合材料制成，大部分是Hexcel公司和Cytec公司提供的碳纖維增強環(huán)氧樹脂。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、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、后機身、水平尾翼和副翼均采用復合材料制造。
　　 A380是第一個將復合材料用于中央翼盒的大型民機，該翼盒總重8.8t，其中采用復合材料5.3t，實現(xiàn)減重1.5t；板厚可達45mm，重要連接點處可達160mm，連接釘直徑可達2.54cm，可承受高載。機身后承壓框6.2m×5.5m，上有泡沫塑料充填的加筋，用RFI（樹脂膜熔塑）技術成形，號稱世界上最大的RFI整體成形構(gòu)件。機身地板梁為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，拉進去的是預浸料而不是纖維。A380上機身使用多塊Glare層板，面積達470m2以上，約占全機結(jié)構(gòu)總重的3%～4%，與相應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A350XWB項目，為了同B787進行競爭，復合材料的用量已達到了52%，具體部件包括機翼、平尾、垂尾以及機身的各段，其中機翼、平尾、垂尾為全復合材料結(jié)構(gòu)，機身為混雜結(jié)構(gòu)。由于在機身上使用了復合材料，機身段數(shù)目減少為3個，生產(chǎn)將采用自動鋪放技術。
　　 A350XWB機翼有“王冠上的珍珠”之稱，是單通道客機機翼中最大的復合材料機翼，面積達到442m2，翼展64m。A350XWB機翼80%為復合材料，選材是在ATR支線飛機以及A400M 軍用運輸機基礎上進行的。ATR及A400M的復合材料機翼外翼上裝有發(fā)動機吊掛，A350XWB機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，在機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，機翼表面要能承受登機梯的偶然沖擊損傷。
　　 A350XWB機翼上所有大結(jié)構(gòu)件（蒙皮、桁條、梁）以及活動面均為復合材料，翼肋可能是鋁或鋁鋰合金：32m長的前緣50%為碳纖維復合材料。A350XWB中央翼盒采用A340-500/600的結(jié)構(gòu)布局，復合材料的應用則采用A380的模式。
　　 4、結(jié)論
　　 先進復合材料的應用對飛機結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、模塊化起著至關重要的作用。隨著復合材料性能、設計和制造技術的不斷發(fā)展和成熟，先進復合材料在飛機上的用量也在不斷擴大。復合材料用量的劇增，帶動了航空復合材料產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，使先進復合材料正在逐步成為一種成熟、穩(wěn)定的航空材料。目前，復合材料和鋁、鋼、鈦一起，已發(fā)展成為四大航空結(jié)構(gòu)材料，復合材料技術已成為影響飛機發(fā)展的關鍵技術之一。