航空复合材料技术发展的回顾及展望

武永琴

摘 要：随着航天技术的进步及人类对航天工业的重视度增加，单一的材料已经不能满足航天业的需求，而复合材料的出现解决了人类面临的困境。复合材料，顾名思义就是由两种及两种以上材料所合成的，一般是由有机高分子和无机金属或有机化合物复合而成，复合材料将所有材料的优点集于一身，使得复合材料在强度、造价等综合性能上比单一的材料更能符合航天工业的需求，所以我们应该在已有的基础上不断地探索复合材料的研发技术，使我国的航天工业发展的更好。

关键词：航天技术；复合材料；发展

复合材料自研发以来，被广泛地运用于航空工业中，例如在民用航天领域上，飞机的大部分都是采用复合材料，在航天飞行器的许多零件也是由复合材料构成的，导弹、运载火箭等的应用更是普遍，由此可见复合材料对航空工业的重要性。但是我国目前在复合材料的技术方面還不太成熟，所以我们要在前人的基础上不断探求发展之路。

1 复合材料的发展历程

我国在1958年开始使用复合材料，初期便运用于航天工业。之后，我国的复合材料发展迅速，复合材料被广泛地应用于各个领域。一开始，复合材料主要用在飞机的雷达罩、副油箱等，但当时采用的是玻璃钢纤维，由于玻璃钢纤维的弹性很小，不能运用于飞机受力大的部位，后来便出现了硼纤维，但硼纤维因为不能被长时间加工，所以只能用在飞机修理方面，综合各方面因素，碳纤维成了飞机上主要使用的复合材料。现如今，复合材料凭借着它抗腐蚀性好、成本低、使用时间长等优点应用在飞机的各个方面。50多年过去了，我国的复合材料技术不断发展，现已经建立的航空航天材料基本体系可以满足我国目前航空航天需求，复合材料的生产能力和协作配套网络，也使得我国的航天工业处于稳定发展阶段，形成复合材料的所用的原材料也基本上是自产自销。虽然这样，我们在某些高水平研究上人与发达国家有较大的差距，优质的碳纤维和其他高水平的复合材料大多数是从其他国家买进的，这极大地限制了我国航天技术的发展。所以目前我们不仅要增加复合材料的产量而且还得提高它的质量，只有复合材料的技术提高，我国的航天工业才会更迅速地发展起来。

2 复合材料的应用

2.1 复合材料在军事方面的应用

复合材料在一问世时，就被应用在军事飞机上，复合材料的使用使军机更加轻便，可携带更多的炸弹。随着时代的发展，复合材料在军机上所占比重越来越大，所承担的任务越来越重要。复合材料不仅仅用在战机上面，在直升机上也广泛应用，复合材料使得直升机的重量减轻，在起飞时节省时间，同时复合材料的应用还可以减少直升飞机的坠毁概率，保障了战士们的安全。近几年，无人机的问世也掀起了一阵热潮，无人机的主要作用是携带武器，作为战斗武器来使用，这就要求无人机在体积一定的情况下尽可能多的装备武器，复合材料使这个设想成为可能。RQ-4B高空长时间无人侦察机，除机身主结构为铝合金外，剩下的都是复合材料构成的。军事中不仅仅有战斗还有物资需求，采用复合材料制造出来的大型货运机可以携带大量的军需物资，在战争中发挥巨大作用。

2.2 复合材料在民用方面的应用

现在复合材料渐渐应用于民用飞机上。由于民用飞机与战机不同，民用飞机载人数量多、重量大，所以这就要求飞机的结构牢固。在初期，复合材料只用在一些辅助性的结构上，比如我们所熟知的波音号飞机，在前几个型号上，复合材料的应用不足10%，而后来随着复合材料技术的不断精进，几年之后波音787上的复合材料竟然占到机身总重量的一半并且广泛应用在主要受力结构上。复合材料在民用飞机上大范围使用这是民用飞机史上的一次重大改变，复合材料让飞机更加轻便，强度更高，使用年限更久同时也使飞机的安全性得到了保障，复合材料的还使得飞机的成本下降，所以，复合材料在民用航空的前景必然十分光明。

2.3 复合材料在航天的应用

当航天技术开始研究时，科学家们就提出必须要用先进的、轻便的、耐用的材料来制作。航天飞机最主要的任务就是以最低的成本，用可持续利用的飞行器，把尽可能大的有效载荷送上太空中。那时候人们就开始研制高科技材料，经过不断的试验和技术的提高，人们发现复合材料不仅具有高比强度、高比刚度和重量轻等优点，某些复合材料还有可以焊接、耐腐蚀等独特的优点，这些优点都非常符合航天飞机结构材料要求尤其适用于轨道器结构系统中。在航天飞机上，它的推力结构用的是硼/环氧、铝/硼和石墨/环氧等复合材料，在环形框架、大梁、衍条、蒙皮横梁、连接件中也采用了大量的复合材料，储箱的衬桶上用玻璃纤维围绕着，外壳用玻璃纤维和蜂窝纤维包裹，航天飞机上复合材料的用量高达190多公斤。

3 复合材料技术未来的发展

复合材料的发展历史和在航天工业的应用我们已经有所了解，复合材料的重要性已经不言而喻，所以复合材料的前景是十分光明的但是到目前为止，复合材料还没有被普遍地使用，究其根由有这几方面：第一是复合材料的造价太贵，这并不是说复合材料的成本高，它的成本是低于一般材料的，但由于技术的不成熟和原料的不充裕，综合下来它的造价是非常高的。第二是国内的复合材料原材料不符合标准，基础非常差。第三是因为我国的理论知识非常落后。由于历史原因，我国的高新技术产业起步较迟发展较为缓慢，复合材料在国内的应用也比较晚，这些原因导致的是我国的复合材料技术很不完善。在航天工业中，我国许多复合材料依赖进口，本国并不能生产，所以我们面临的主要问题是如何大力发展我们的技术，不再一味的向其他国际买进，形成我们自己的特色产品。

作者认为应该从以下几个方面改进：（1）对航空航天与民用领域中广泛采用的材料例如各种先进复合材料及一些传统结构材料进行精加工，进一步研制，使它们的成本下降，可以广泛用在各个领域。（2）加强对复合材料原材料的改进。（3）利用发达的计算机技术来进行理论设计，减少了材料的浪费，达到省时省力保证质量和降低成本的目的。

4 结束语

我国的复合材料技术在起步时就已经落后于其他国家，当复合材料的重要性越来越明显，应用前景越来越广泛时，我们不能再落后，国家应大力扶持复合材料在航天工业中的研究项目，在新世纪我国的航天工业会随着复合材料技术的发展逐渐壮大，屹立于世界不败之地。

参考文献

[1]任晓华.航空复合材料制造技术发展[J].航空科学技术，2010（4）.

[2]刘友丹，窦润龙.航空复合材料市场分析展望[J].航空制造技术，2011（20）.

[3]唐见茂.航空航天复合材料发展现状及前景[J].航天器环境工程，2013（4）.