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(fù)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(fù)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(fù)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(lǐng)先進材料的技術(shù)開發(fā)，在世界范圍內(nèi)，以碳纖維為增強體的先進復(fù)合材料誕生于20世紀(jì)60年代末，大型飛機于20世紀(jì)70年代初就開始了先進復(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)開發(fā)的結(jié)果。在飛機設(shè)計中，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
　　 國外目前復(fù)合材料在軍機、直升機、無人機上的用量早已達(dá)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(lǐng)域許多小飛機的復(fù)合材料用量更高，甚至達(dá)到了結(jié)構(gòu)重量的90%?？梢钥闯鰪?fù)合材料的應(yīng)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(shù)途徑之一。
　　 在過去幾十年內(nèi)，民機復(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飛機更加具有革命性，其典型特征是全復(fù)合材料的機身，并在機翼、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，A350XWB復(fù)合材料將增加到53%；A400M軍用運輸機復(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身飛機上明顯擴大復(fù)合材料的應(yīng)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(yīng)鏈的沖擊。
　　 3、波音民用飛機公司復(fù)合材料應(yīng)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)），它是世界上第一個采用復(fù)合材料機翼和機身的大型商用客機，其應(yīng)用廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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，降低使用維護要求，增加未來發(fā)展的潛力和空間。
　　 B787飛機復(fù)合材料占50%左右，考慮到復(fù)合材料密度僅為1.6g/cm3，故全機主要結(jié)構(gòu)均采用復(fù)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(yīng)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(yīng)該特別指出這是世界上第一個采用復(fù)合材料機翼和機身的大型客機，為世界之最，世界公認(rèn)這是復(fù)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(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(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、機身、地板梁、后承壓框等，大量采用自動鋪放制造技術(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(fù)合材料制造。
　　 A380是第一個將復(fù)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(fù)合材料5.3t，實現(xiàn)減重1.5t；板厚可達(dá)45mm，重要連接點處可達(dá)160mm，連接釘直徑可達(dá)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(shù)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(shù)，拉進去的是預(yù)浸料而不是纖維。A380上機身使用多塊Glare層板，面積達(dá)470m2以上，約占全機結(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A350XWB項目，為了同B787進行競爭，復(fù)合材料的用量已達(dá)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(fù)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(fù)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(shù)。
　　 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(fù)合材料機翼，面積達(dá)到442m2，翼展64m。A350XWB機翼80%為復(fù)合材料，選材是在ATR支線飛機以及A400M 軍用運輸機基礎(chǔ)上進行的。ATR及A400M的復(fù)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(fù)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(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
　　 先進復(fù)合材料的應(yīng)用對飛機結(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)計和制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，先進復(fù)合材料在飛機上的用量也在不斷擴大。復(fù)合材料用量的劇增，帶動了航空復(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)已成為影響飛機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。