航空航天復合材料發展現狀及前景探究

胡亦安

摘 要：先進復合材料具有高性能、多功能和智能化的特點。由于其可塑性強，質量輕，現已被大量運用到航空航天、醫學、機械、建筑等行業。文章簡要分析我國先進復合材料的發展現狀，綜述航空航天材料的應用發展狀況，最后探析復合材料在航空領域內的未來發展前景。

關鍵詞：航空航天；復合材料；發展現狀；前景探究

復合材料與金屬、高聚物、陶瓷并稱為四大材料。一個國家的復合材料工業水平，是衡量該國家和地區科技與經濟實力的重要標志之一。新中國成立以來，我國航空航天事業飛速發展，對航空航天材料提出更多新要求。為更好地滿足現有航天航空材料發展要求，要進一步加快研發新性能、高質量的復合型材料，使我國航空航天復合材料的研發在世界競爭中占有一席之地。

1 當前我國先進復合材料的發展現狀

我國從20世紀70年代開始進行復合材料研究工作，經過40年的發展，我國的先進復合材料科技水平不斷提升，取得了令世人矚目的成績。隨著科學技術的持續更新，樹脂與玻璃纖維的使用技術也在持續發展，部分生產廠家為適應產品需求不斷提升自身的生產能力，讓部分復合材料的價格成本被業內同行接受。但由于玻璃纖維的符合強度還不能媲美金屬。因而碳纖維、硼纖維等也開始逐步應用和普及，完善高分子復合材料家族，并逐步成為部分產業必備的材料。世界范圍內復合材料年均產量已經達到550萬噸，其中年均產值是1300億美元。若將這些復合材料應用到軍事領域內，其產生的價值將無法估量。

先進復合材料已經在航空航天領域內開始大規模應用，逐步從次承力構件進入到主承力構件，這些復合材料多應用在軍用飛機、民用飛機和航空發動機。雖然我國在復合材料生產研發上已取得成績，但相較于國外先進水平還有一定的差距。我國現有的復合材料無論從工藝、設備還是制備方法上，都與國外同類產品。特別軍用戰斗機復合材料用量遠遠低于國外先進戰斗機復合材料的使用總量。能超過這一總量的軍用戰斗機其整體用量只能控制在20%左右，比如J-20復合材料的總用量是27%。我國成功研制的大型民用飛機其復合材料使用概率能達到16%，通過上述可查數據能獲悉我國使用先進符合材料在航空航天領域的應用價值正在逐步呈現上升態勢。

2 先進復合材料在航空領域的應用

2.1 軍機上的應用

為讓新一代戰斗機的性能持續提升，且滿足超音速的巡航與隱身要求。90年代后期，西方的戰斗機全部運用復合材料構造機身。運用先進復合材料能加大軍用運輸及的栽種量，提升軍用飛機能攜帶的油量，克服常規材料在超高音速飛行器研制中油攜帶存有的瓶頸問題。因而，就要讓先進的復合材料廣泛的使用在軍用飛機上面，就要使用符合其使用性能的材料。如，比較常用的碳纖維增強樹脂基復合材料，這一材料就應使用在軍用飛機的主要結構、次要結構和特殊部位等，不但能提升軍用飛機的抗腐蝕性，更能帶動其抗疲勞性，減輕整體機身的重量，提升飛行的高效性。如：F22存有超聲波速巡航需要，因而飛機的外層表面要時刻與空氣產生摩擦，大量的空氣摩擦產生熱力，若材料不能適應會引發小范圍的磨損并伴有火花，嚴重威脅飛行安全。為此就應在機翼復合材料上使用新型的復合材料，常用的材料是雙馬來酰亞胺樹脂基體材料，該材料能承受260度的最大工作溫度。

2.2 民機上的應用

民用飛機與軍用飛機在使用性能上存有本質不同，民用飛機主要的職能是載客，通過運營獲取利益，商業成分更多，因而更重視飛機的安全和舒適性。所以使用常規材料就能滿足民用飛機的使用性能要求。復合材料應用在飛機上的時間尚短，有關民用飛機材料工藝穩定性試驗的數據不慎明確，故需要時間檢驗民用飛機上的復合材料使用狀況。在民用航空上復合材料的使用限制因素較多，可詳細的劃分為兩大類，結構件復合材料使用和機艙內復合材料使用。

就波音787為例進行探究，每一架波音787飛機其結構比例中存有大概50%噸的復合性材料，這說明如果從材料密度考慮能節約15噸的重量?？湛鸵苍谶@個過程中發揮自己的優勢，其中就改名的A-350為例，其超寬的機身，所使用的復合材料占比能夠達到52%，這是現有商用科技中占比最高的機型。

A-350xwb的機體寬度要大于B-78713cm，這兩個機體是世界上僅有的大型商用機巨頭，兩家都先后推出復合材料，其總占比能達到50%，這就表明大型客機的結構材料設計要以復合材料為主。波音787等新一代復合材料在飛機上為更好的體現其性能，依靠運用低密度材料減輕機體重量是一方面，更要在工藝、結構力學上做好復合材料的設計與護理，由于使用復合材料存有較大的優勢，如果在結構設計上處理的好，讓其優勢發揮的更加明顯，做出符合標準結構部件。由于其性能穩定，所以整體結構不會隨溫度產生較大的尺寸變化。

國產的飛機在復合材料使用上比較保守，通過公開報道顯示，復合材料使用總量能占整個飛機總量的20%左右。飛機上經常運用的復合材質是碳纖維樹脂基復合材料，整體性能穩定，能承受高溫腐蝕，質量偏輕。因而其性能優勢遠遠超過于常規材料，由于復合材料價格占整個鋁合金材料的十幾倍以上，所以有些部分復合材料價格昂貴。

3 復合材料在航空領域中的發展前景

航空器水平的高低主要與先進復合材料的應用狀況聯系密切，且復合材料的使用是航空器發展的重要物質基礎和先導性技術。我國先進復合材料應用水平相較于國外存有差距?；诖?，我國已經加大重視力度，加快相關領域的研究，當前整體收效較好。

3.1 智能化

復合材料的研究需滿足智能化需求，智能型復合材料可廣泛的應用在航空航天器的外表面。要求在未來一段時間內，在航空器的表面加設各類傳感裝置，實時監控周邊環境，并運用通訊、電子等系統，保障航空器在一定環境內的平穩運行。

3.2 多功能化

為減少航空航天器的整體體積，就應想盡一切辦法提升航空航天器的預防能力，部分結構部件也應多項功能，通過應用多功能復合材料為航空航天器的新型功能賦予更多的意義。從現階段考慮，多功能的復合材料研究已從雙向功能逐步轉化為三向功能。

3.3 質量輕、性能高

使用先進的復合材料能減輕航空航天材料中的總質量比，雖然我國航空材料占比已達到20%，但與國外的25%占比相比還存有差距。我國的復合材料整體性能偏低，結構性能偏差。在未來發展中，需強化復合材料的強度和韌度，以期在整體研究方面提出新的要求。研發中要求研究整體性能好，強度高和韌度強的新型復合型材料，讓復合材料的總體減重比小于25%。

3.4 低成本

目前航空航天發展中復合材料使用中存在有的最大限制性因素是成本偏高。為解決這一問題，需著重研究復合材料的制造工藝，并運用科學合理的制造工藝制造和加工符合材料的結構與尺寸。運用先進的控制技術，開展自動化的控制模式，提升符合材料的生產效率。這不但能提升復合材料的成品效率，更能降低復合材料的造價成本。

綜上所述，歷經40年的發展，我國的先進復合材料工業體系日趨完整，并已經成功進入到航空航天生產實踐內。但通過資料和數據對比獲悉，在加快發展中還與世界先進水平存有差距，作為一名高中學生，我要努力學習相關文化知識，力爭學成以后在復合材料的制造、設計與工藝方面改進方面貢獻自身力量。

參考文獻

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