复合材料及其在飞机结构中的应用教学内容
先进复合材料在航空结构中的应用
先进复合材料在航空结构中的应用在现代航空领域，先进复合材料正逐渐成为关键的结构材料，为航空工业带来了革命性的变化。
从飞机的机身、机翼到发动机部件，复合材料的应用范围不断扩大，为提升飞机的性能、降低成本和提高安全性发挥着重要作用。
先进复合材料具有一系列优异的性能，使其在航空结构中具有显著的优势。
首先，它们具有高强度和高刚度。
相比传统的金属材料，如铝合金和钛合金，复合材料在同等重量下能够提供更高的强度和刚度，这意味着可以使用更少的材料来实现相同的结构强度，从而减轻飞机的重量。
其次，复合材料具有出色的抗疲劳性能。
在飞机的长期使用过程中，反复的起降和飞行过程会对结构造成疲劳损伤。
复合材料能够更好地抵抗这种疲劳，延长结构的使用寿命，降低维护成本。
再者，复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
在恶劣的大气环境中，金属材料容易受到腐蚀，而复合材料则不受此影响，减少了因腐蚀导致的结构损坏和维修需求。
在航空结构中，机身是复合材料应用的重要领域之一。
现代客机的机身部分采用大量的复合材料，如碳纤维增强复合材料。
通过优化复合材料的铺层设计，可以实现机身结构的轻量化，同时提高机身的强度和抗冲击性能。
例如，波音 787 梦想客机的机身就大量使用了复合材料，其机身重量相比传统金属机身大幅减轻，从而降低了燃油消耗，提高了飞行效率。
机翼也是复合材料应用的关键部位。
复合材料的使用可以改善机翼的气动性能，减少阻力，提高升力。
同时，复合材料能够更好地适应机翼复杂的形状和受力情况，提高机翼的结构效率。
一些新型飞机的机翼采用了整体复合材料制造技术，减少了零部件数量，降低了制造难度和成本。
发动机部件是航空结构中对材料性能要求极高的部分。
先进复合材料在发动机中的应用包括风扇叶片、机匣等。
复合材料风扇叶片具有重量轻、强度高的特点，能够提高发动机的推力和燃油效率。
同时，复合材料机匣能够承受高温和高压环境，保证发动机的安全运行。
然而，先进复合材料在航空结构中的应用也面临一些挑战。
复合材料在军用飞机上的应用
复合材料在军用飞机上的应用复合材料（Composite Materials）是由两种或两种以上不同的材料组成的复合体，通过元素间或化学结合力或物理吸附形成。
在军用飞机中，复合材料作为一种新型材料，已广泛应用在飞机的结构和系统中，其具有轻质、高强度、抗腐蚀等优点，可提高飞机的载荷能力和机动性，同时又可以减少飞机的自重，提高飞机的使用寿命和效率。
1.复合材料的应用于飞机的结构复合材料的应用于飞机的结构是在传统金属材料基础上的一种创新材料，这种材料能够有效地提高飞机的强度和刚性，进而提高飞机的飞行效率。
这种材料甚至可以替代一些传统材料制造成的零件。
飞机中广泛采用了如下结构件：（1）机翼结构：复合材料的特点是轻、薄、强，对于机翼来说，薄型高扬力机翼和高空载荷选择复合材料作为结构是一种很好的选择。
（2）机身结构：复合材料的特点是轻量化、强度和刚度高，使得它成为非常好的材料。
另外，复合材料比传统金属材料更好地对抗高空环境带来的危害，比如氧化和侵蚀等。
（3）飞行控制系统：飞行控制系统中广泛采用复合材料，比如垂直尾翼、水平稳定翼等。
这些控制表面需要具有轻量化、高强度和可靠性等特点，复合材料能够满足这些要求。
2.复合材料的应用于飞机的系统复合材料的应用于飞机的系统是将材料应用于飞机系统中，提高系统性能和可靠性。
具体包括以下几个方面：（1）燃油系统：复合材料能够提供抗腐蚀、耐热、耐磨损等特点，应用于燃油系统中能够减少经常性的维护工作。
（2）舱壁内夹层隔板：复合材料具有良好的隔音、隔热和防震性，因此在隔板中广泛应用。
（3）电气系统：复合材料可以作为电路板材料，具有高强度、耐热、阻燃性等特点，在电气系统的配件上广泛使用。
随着时代的发展，军用飞机日趋高科技化、轻量化。
复合材料因其轻质、高强度、良好的防腐性等优点，已成为军用飞机最受欢迎的选择。
在未来，随着材料科技的进一步发展，复合材料将会在军用飞机的逐渐替代上大有可为。
复合材料在飞行器结构中的应用研究
复合材料在飞行器结构中的应用研究在现代航空航天领域，飞行器的性能和安全性一直是人们关注的焦点。
为了满足不断提高的性能要求，复合材料因其独特的性能优势，在飞行器结构中得到了越来越广泛的应用。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
与传统的金属材料相比，复合材料具有许多显著的优点。
首先，其比强度和比刚度高，这意味着在相同的强度和刚度要求下，复合材料制成的结构可以更轻，从而降低飞行器的重量，提高燃油效率和飞行性能。
其次，复合材料具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，能够延长飞行器的使用寿命和降低维护成本。
此外，复合材料还可以根据设计要求进行定制，实现复杂的形状和结构，提高飞行器的空气动力学性能。
在飞行器结构中，复合材料的应用范围非常广泛。
机翼是飞行器的重要部件之一，复合材料在机翼结构中的应用可以显著减轻重量，提高升力和降低阻力。
例如，波音 787 客机的机翼大量采用了碳纤维增强复合材料，使得机翼的结构更加轻量化和高效化。
机身也是复合材料应用的重要领域，复合材料制成的机身具有更好的整体性和密封性，能够降低机身的阻力和提高结构的可靠性。
此外，尾翼、发动机短舱等部件也逐渐采用复合材料来制造。
然而，复合材料在飞行器结构中的应用也面临一些挑战。
首先是成本问题，复合材料的原材料和制造工艺相对较为昂贵，这在一定程度上限制了其广泛应用。
其次，复合材料的损伤检测和修复技术相对复杂，需要开发更加有效的检测方法和修复工艺。
另外，复合材料的性能在长期使用过程中可能会发生变化，例如受到温度、湿度等环境因素的影响，这需要对其性能进行长期的监测和评估。
为了推动复合材料在飞行器结构中的更广泛应用，科研人员和工程技术人员在多个方面进行了深入的研究和创新。
在材料研发方面，不断探索新型的复合材料体系，提高其性能和降低成本。
在制造工艺方面，发展了自动化制造技术，如自动铺丝、自动铺带等，提高生产效率和产品质量。
复合材料在航空结构中的应用
复合材料在航空结构中的应用在现代航空领域，复合材料的应用已经成为推动航空技术发展的重要力量。
复合材料凭借其独特的性能优势，为航空结构带来了革命性的变化，显著提高了飞机的性能、可靠性和经济性。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的一种新型材料。
与传统的金属材料相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，这意味着在相同的重量下，复合材料能够提供更强的结构强度和刚度。
同时，复合材料还具有良好的抗疲劳性能、耐腐蚀性能和可设计性，能够满足航空结构在复杂环境下的长期使用要求。
在航空结构中，复合材料的应用范围十分广泛。
飞机的机身、机翼、尾翼等主要结构部件都可以采用复合材料制造。
以机身为例，复合材料的使用可以减轻机身重量，降低燃油消耗，提高飞机的航程和有效载荷。
例如，波音 787 客机的机身结构中复合材料的使用比例达到了50%以上，大大减轻了飞机的自重，提高了燃油效率。
机翼是飞机产生升力的关键部件，对材料的性能要求很高。
复合材料的高强度和高刚度特性使其能够制造出更加轻薄、高效的机翼结构，从而提高飞机的飞行性能。
此外，复合材料还可以通过优化设计，实现机翼的气动外形优化，减少空气阻力，进一步提高飞机的燃油经济性。
尾翼在飞机的飞行控制中起着重要作用，需要具备良好的强度和稳定性。
复合材料的应用可以使尾翼结构更加轻量化，同时提高其抗疲劳和耐腐蚀性能，确保飞机在长期飞行中的安全性和可靠性。
除了主要结构部件，复合材料在飞机的发动机部件、内饰、起落架等方面也有广泛的应用。
在发动机部件中，复合材料可以用于制造风扇叶片、机匣等部件，提高发动机的性能和可靠性。
飞机内饰采用复合材料可以减轻重量，提高舒适度和防火性能。
起落架部件使用复合材料则可以减轻重量，提高抗冲击性能。
然而，复合材料在航空结构中的应用也面临一些挑战。
首先，复合材料的成本相对较高，这在一定程度上限制了其大规模应用。
其次，复合材料的制造工艺较为复杂，需要高精度的模具和先进的成型技术，对制造设备和技术人员的要求较高。
复合材料在飞行器动力结构中的应用
复合材料在飞行器动力结构中的应用在现代航空航天领域，飞行器的性能和安全性始终是人们关注的焦点。
为了满足不断提高的飞行要求，材料科学的发展起到了至关重要的作用。
复合材料作为一种具有优异性能的新型材料，在飞行器动力结构中的应用日益广泛，为飞行器的设计和制造带来了革命性的变化。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的材料，其性能通常优于单一材料。
在飞行器动力结构中，常用的复合材料包括碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）、凯夫拉纤维增强复合材料等。
这些复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优点，能够显著减轻结构重量，提高飞行器的燃油效率和飞行性能。
在飞行器发动机中，复合材料的应用主要体现在风扇叶片、压气机叶片、涡轮叶片等部件上。
以风扇叶片为例，传统的金属叶片在高速旋转时会受到巨大的离心力和气动载荷，容易产生疲劳裂纹和变形。
而采用碳纤维增强复合材料制造的风扇叶片，不仅具有更高的强度和刚度，还能够减轻重量，降低旋转时的惯性力，从而提高发动机的效率和可靠性。
此外，复合材料的耐腐蚀性也使得叶片在恶劣的工作环境中能够保持良好的性能，延长发动机的使用寿命。
在飞行器的机身结构中，复合材料同样发挥着重要作用。
例如，波音 787 客机的机身大量采用了碳纤维增强复合材料，其用量达到了结构重量的 50%以上。
与传统的铝合金机身相比，复合材料机身具有更好的抗疲劳性能和耐腐蚀性，能够降低维护成本，同时提高机身的强度和刚度，增加客舱的空间和舒适性。
除了在结构件中的应用，复合材料还在飞行器的热防护系统中得到了广泛应用。
在高超音速飞行时，飞行器表面会产生极高的温度，传统的金属材料难以承受这样的高温环境。
而陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料具有优异的耐高温性能，能够有效地保护飞行器结构免受高温的损害。
然而，复合材料在飞行器动力结构中的应用也并非一帆风顺。
首先，复合材料的成本相对较高，限制了其在一些低成本飞行器中的广泛应用。
复合材料飞机结构设计(1)PPT课件
除前机身外，包括机翼在内的所有蒙皮结构。前机身边条、 翼根延伸段等
AV-8B
26.3 1982
碳/环氧树脂
机翼蒙皮和亚结构骨架，其机翼70%重量为复合材料结构。 比金属结构减重20%以上。机翼梁和肋为“工”形剖面，腹 板为正弦波纹板
美
A-6
12
碳/环氧树脂
36
机翼、机身蒙皮 机翼、中机身隔框和蒙皮、尾翼 机翼、中机身隔框和蒙皮、尾翼、前机身
米格29 7
S-37
21
前掠机翼等
俄 雅克-141 24
机翼、尾翼、部分机身
1.42
16
1.44
30
Rafale 24
法
幻影4000
碳／增韧双马 (IM6/5245C)
机翼、垂尾、鸭翼、副翼、前机身蒙皮 整体油箱翼盒、尾翼等
度高出4倍。
表1-3 几种结构材料性能比较
拉伸强度 拉伸模量
(MPa)
(GPa)
比强度 MPa/(g/cm3)
比刚度 GPa/(g/cm3
)
密度 (g/cm3)
铝合金
420
72.0
151.1
25.9
2.78
钢(结构用)
1 200
钛合金
1 000
116.7
221.2
环境影响
除了极高的温度，一般不考虑湿热对金属强度的影响。但 复合 材料结构则必须考虑湿热环境的联合作用。这是因为复合 材料的基体通常为高分子材料，湿热的联合作用会降低其玻璃 化转变温度，从而引起由基体控制的力学性能，如压缩、剪切 等的明显下降。对金属结构腐蚀是严重的问题，而复合材料结 构通常有良好的抗腐蚀性能。
复合材料在飞行器结构中的应用
复合材料在飞行器结构中的应用在现代航空航天领域，飞行器的性能和效率一直是人们追求的目标。
为了实现更轻、更强、更高效的飞行器设计，复合材料的应用逐渐成为了关键因素。
复合材料具有一系列优异的性能，使其在飞行器结构中发挥着越来越重要的作用。
复合材料，简单来说，是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合在一起形成的一种新型材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料和夹层复合材料等。
与传统的金属材料相比，复合材料具有许多显著的优势。
首先，复合材料具有出色的比强度和比刚度。
这意味着在相同的强度和刚度要求下，复合材料制成的结构可以更轻。
对于飞行器来说，减轻重量就意味着可以降低燃油消耗、提高载荷能力、增加航程和改善飞行性能。
例如，在飞机的机翼结构中使用碳纤维增强复合材料，可以在保证结构强度的同时，大幅减轻机翼的重量，从而提高飞机的升阻比，降低飞行成本。
其次，复合材料具有良好的抗疲劳性能。
在飞行器的长期使用过程中，结构会不断承受各种载荷的循环作用，容易产生疲劳裂纹。
而复合材料由于其内部纤维的分布和特性，能够有效地抵抗疲劳损伤的扩展，延长飞行器结构的使用寿命。
再者，复合材料具有可设计性强的特点。
通过调整纤维的排列方向、含量和树脂的类型等，可以根据飞行器不同部位的受力情况和性能要求，定制出具有特定性能的复合材料结构，实现最优的设计方案。
在飞行器的各个部位，复合材料都有着广泛的应用。
在机身结构中，复合材料可以用于制造机身蒙皮、隔框和纵梁等部件。
例如，波音 787 客机的机身大量采用了碳纤维增强复合材料，不仅减轻了机身重量，还提高了机身的抗腐蚀性能和维护性。
机翼是飞行器的重要部件之一，复合材料在机翼结构中的应用也越来越广泛。
除了前面提到的减轻重量和提高性能外，复合材料还可以用于制造机翼的前缘和后缘、翼盒等结构，提高机翼的气动性能和结构效率。
尾翼部分，包括水平尾翼和垂直尾翼，复合材料同样能够发挥重要作用。
可以用于制造尾翼的蒙皮、肋板和梁等结构，增强尾翼的稳定性和操纵性。
复合材料概论教学课件电子教案全套课件(1)
复合材料概论教学课件电子教案全套课件一、教学内容本节课我们将学习复合材料的相关知识。
具体教学内容为教材第三章“复合材料”的第一节“复合材料概述”，包括复合材料的定义、分类、性能特点及应用领域等方面的内容。
二、教学目标1. 理解复合材料的定义，掌握复合材料的分类及性能特点。
2. 了解复合材料的应用领域，提高学生对材料科学的兴趣。
3. 培养学生的实践操作能力，学会分析复合材料的性能与应用。
三、教学难点与重点难点：复合材料的性能特点及其在实际应用中的优势。
重点：复合材料的定义、分类及其在实际应用中的案例分析。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、实物样品、视频资料等。
2. 学具：笔记本、笔、计算器等。
五、教学过程1. 导入：通过展示一些日常生活中的复合材料制品，引导学生思考复合材料的特点与应用。
2. 知识讲解：1) 复合材料的定义及分类。
2) 复合材料的性能特点。
3) 复合材料的应用领域。
3. 实践操作：1) 分组讨论：分析复合材料在实际应用中的优势。
2) 观看视频：了解复合材料的制备工艺。
4. 例题讲解：以碳纤维增强复合材料为例，讲解其制备过程、性能特点及应用领域。
5. 随堂练习：1) 判断题：复合材料的性能是否完全取决于基体材料？六、板书设计1. 复合材料的定义2. 复合材料的分类3. 复合材料的性能特点4. 复合材料的应用领域七、作业设计1. 作业题目：1) 解释复合材料的定义，并举例说明。
2) 分析复合材料在实际应用中的优势，至少列举三点。
3) 简述碳纤维增强复合材料的制备过程及其性能特点。
2. 答案：八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的基本概念、性能特点及应用领域，使学生初步了解了复合材料的内涵。
课后，教师应关注学生对复合材料知识的掌握程度，及时进行辅导。
拓展延伸：1. 了解其他类型的复合材料，如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
2. 研究复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用案例。
航空工程材料及应用第七章 飞机结构中复合材料的应用
A350
19
6
14
机翼、机身、垂尾、平尾、中央翼、后增 53
压舱、尾锥、起落架舱门、整流罩等
二、聚合物基复合材料
3.在航空中的应用
（3）在直升机中的应用
三、非聚合物基复合材料
1.金属基复合材料
金属基复合材料与金属材料本身相比具有以下特点： （1）耐高温（部分金属基体可耐1100℃以上的高温）； （2）热膨胀系数较低； （3）耐磨性好，尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强的金属基复合材料； （4）对潮湿敏感度较低，但对腐蚀敏感度较高； （5）导电性能和热导率较高； （6）对辐射的敏感度低； （7）无气体污染物； （8）制造困难，制备工序复杂，需要高温、高压、真空等条件，切削
度适中、流动性好、固化收缩率较小，可做成多种预浸料； ⑤属于脆性材料，但增韧环氧经过改性后，抗损伤能力有所提高； ⑥机械加工性，制孔、切削性良好，易维护、修理； ⑦价格便宜。
二、聚合物基复合材料
2.组成
（2）树脂基体-热固性树脂 2）聚酰亚胺树脂 是目前最高高性能树脂基复合材料中耐热性最高的树脂基体之一，可在 250～300℃长期使用，350℃短期使用。目前已成功应用于飞机发动机的外 涵道、中介机匣、导向叶片、尾喷口区域的热端等部位。 3）双马来酰亚胺树脂 一种特殊的聚酰亚胺体系，最高使用温度在177~230℃具有很高的强度 和刚度，但脆性较大，通过改性，韧性得到了提升，能很好的适应新一代战 斗机对复合材料树脂基体提出的使用温度要求，但不能用于主承力件。 4）聚酯树脂 可在室温及大气压力下固化，可用于与玻璃纤维复合，形成雷达波穿透 性非常好的结构材料，应用于飞机雷达罩。
纤维品种
T300 AS4 HTA T700S IM6 IM7 T800H HM63
复合材料在民用大飞机结构上的应用探讨
复合材料在民用大飞机结构上的应用探讨【摘要】复合材料由于具有独特的功能，已越来越受到人们的重视。
在制造飞机这一行业中，选用复合材料作为机身结构的制造材料是大势所趋，并且已经有了良好的发展。
例如近三十年来，空中客车飞机的复合材料结构重量日益增加，从最初的A300飞机的不足5%，到A380飞机的25%，再到A350XWB的52%。
A320是率先采用全复合材料尾翼的飞机，A340-500/600是率先采用碳纤维增强型复合材料大梁和后压力隔框.【关键词】复合材料；民用大飞机结构；应用在上世纪60年代初期就已经研发出了碳纤维作为增强结构的复合材料，其推广非常迅速，到70年代初期就已经应用到很多领域，其中就包括了飞机结构制造上，碳纤维增强后的复合材料使得飞机的框架结构得到了质的飞跃，到目前为止，四大航空的结构制造材料为钢、铝、钛和复合材料。
1 复合材料概述所谓复合材料，就是将有着不同物理性质和化学性质的多种物质进行组合，从而得到了一种拥有组成该复合材料的单一材料的多项优点的多相固体类别材料。
其组成上有增强体和基体，其中承受载荷的相就是复合材料的增强体部分，连接增强体、且通过纤维来传递载荷的相是基体。
（1）按基体材料类型可分为树脂基、金属基和无机非金属基三类。
（2）按增强体种类和形状可分为纤维增强、颗粒增强和层叠增强三类。
（3）按其性能可分为结构复合材料和功能复合材料二类。
2 民用飞机复合材料选材原则2.1 安全性原则安全性是复合材料应该考虑的首要因素，其安全性能与本身的技术成熟度成正比，在复合材料应用广泛的美国，材料的技术成熟度包括10个等级，等级的高低表明了材料技术成熟度高低，比如A321飞机复合材料在上世纪90年代的应用比例达到20%，以及现在制造的A380飞机复合材料的应用比例达到了49%，同时有研究证明了复合材料比铝合金材料的抗腐蚀性能以及耐损伤度都要高出许多，这也就保证了复合材料的安全性能。
2.2 经济性原则由于制造飞机成本不仅是飞机购买价格，而且还要包括飞机的燃油效率、使用寿命和维修成本等因素，这样以来就能够解释空客A380受到国际众多航空公司的喜爱的原因。
先进复合材料在航空结构中的应用
先进复合材料在航空结构中的应用在现代航空领域，先进复合材料正扮演着日益重要的角色。
随着航空技术的不断发展，对于飞行器性能的要求越来越高，传统的金属材料在某些方面逐渐显露出局限性，而先进复合材料以其优异的性能为航空结构的创新和优化提供了广阔的空间。
先进复合材料具有诸多独特的性能优势。
首先，它们通常具有高强度和高刚度。
这意味着在相同的承载能力下，使用复合材料可以减轻结构的重量，从而提高飞机的燃油效率和运载能力。
例如，碳纤维增强复合材料的强度可以达到高强度钢的数倍，而重量却只有其几分之一。
其次，先进复合材料具有良好的耐疲劳性能。
在航空飞行中，飞机结构会经历反复的载荷变化，容易产生疲劳裂纹。
复合材料由于其内部纤维的分布和结合方式，能够更好地抵抗疲劳损伤，延长结构的使用寿命。
再者，复合材料具有出色的耐腐蚀性能。
航空环境中存在各种腐蚀性因素，如大气中的水分、盐分等。
传统金属材料容易受到腐蚀，而复合材料能够有效地抵御这些腐蚀因素，降低维护成本和维修频率。
在航空结构中，先进复合材料的应用范围广泛。
机翼是复合材料应用的重要领域之一。
现代客机的机翼通常采用复合材料制造蒙皮、翼梁等关键部件。
复合材料的高强度和轻量化特性使得机翼能够在保证结构强度的同时，减轻重量，提高飞机的飞行性能。
机身结构也是复合材料的用武之地。
通过使用复合材料制造机身框架、壁板等部件，可以减轻机身重量，增加飞机的内部空间，提高乘客的舒适度。
此外，复合材料还能够改善机身的气动外形，降低飞行阻力。
发动机部件同样离不开先进复合材料。
发动机内部的高温、高压和复杂的力学环境对材料提出了苛刻的要求。
复合材料的耐高温性能使其能够用于制造发动机叶片、风扇罩等部件，提高发动机的工作效率和可靠性。
尾翼部分也是复合材料应用的重要区域。
水平尾翼和垂直尾翼需要具备良好的强度和稳定性，复合材料能够满足这些要求，同时减轻尾翼的重量，提高飞机的操纵性能。
然而，先进复合材料在航空结构中的应用也并非一帆风顺。
飞机的复合材料及应用（可编辑）
飞机的复合材料及应用飞机的复合材料及应用【摘要】本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能以及在飞机上的应用。
复合材料是由两种或两种以上的原材料,通过各种工艺方法组合成的新材料。
对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重?耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。
对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。
复合材料结构特点和应用效果,在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制,前翼飞机先进气动布局的实际应用。
关键词: 复合材料层合板Application of composite materials and aircraft【Summary】This article focuses on the composition of the composite material, type, performance and aircraft applications. Composite material is composed of two or more kinds of raw materials, process methods combined into a variety of new materials. For a modern aircraft, the application of composite materials, corrosion resistance and weight loss、cost plays an important role. Light of the aircraft structure, miniaturization and high performance plays a vital role. Composite material structural characteristics and application results in high-performance fighteraircraft to achieve stealth, supersonic cruise, stall flight control, front-wing aircraft, the practical application of advanced aerodynamic layout.Keyword: Composite materialsLaminates目录1概述 12复合材料的探究 12.1 复合材料的构成 12.2 材料的分类 12.2.1 增强纤维 12.2.2树脂基体 32.3 复合材料的特性 42.3.1 复合材料缺陷?损伤特性42.3.2复合材料的疲劳特性63复合材料在飞机上的应用73.1机翼上的应用73.1.1机翼的功用73.1.2机翼结构设计要求83.1.3 复合材料机翼特点83.1.4 复合材料机翼结构设计要点103.1.5 机翼翼盒结构方案 113.1.6外翼翼盒设计实例123.2. 整体油箱的设计143.2.1复合材料油箱设计要求143.2.2 油箱密封设计143.3 机身结构设计153.3.1 机身的功用153.3.2机身结构设计要求153.3.3 复合材料前机身结构设计原则163.3.4复合材料前机身结构设计实例163.3.5复合材料中机身结构设计18结束语20谢辞21参考文献221概述复合材料是由两种或两种以上的原材料,通过各种工艺方法组合成的新材料。
复合材料及其在飞机结构中的应用ppt课件
民机复合材料在结构中应用长期以来主要是尾翼级结构，主 要原因是如何突破低成本技术。本世纪中，随着A380，Boeing787和 A350在机翼和机身结构中大量应用复合材料，标志着低成本复合材料 技术已有了突破，进入了新纪元，民机结构的复合材料用量得到了大 幅度增加。
CC22643020.ppt
美国：ACEE计划（1976—1986）
CC22643019.ppt
F-4 Phantom II
Boron/Epoxy Rudder
CC22643020.ppt
上世纪60年代复合材料最初的应用是Boron/epoxy 的F-14的 水平安定面蒙皮和F-15水平与垂直安定面蒙皮。
第一个Carbon/Epoxy 在军机上的应用是F-15 的减速板，占 结构重量的2%。
迫于商业竞争压力不断修改设计方案，提高复合材料用量
2006年底
2006
复合材料用量飙升到52％
2004
拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB” 方案
碳纤维复合材料用量约为40％
A350复合材料应用情况
选材特点
– 继承和发展A380选材方案 – 大幅提高复合材料应用水平
最新公布的A350XWB各类材料分布
自动铺带机（ATP） 自动丝束铺放（AFP）
RTM
VARTM
RFI
CC22643020.ppt
Automated Tape Laying
Advantages • Greater Pounds/Hr. • Very Consistent • No Debulking Required
Disadvantages • Significant Equipment Cost • Recurring Maintenance • Limited Contour Capability
《复合材料在航空产品中的应用》
《复合材料在航空产品中的应用》
复合材料是一种由两种或两种以上的材料通过物理或化学方法组合而成的新型材料。
它不仅具有单一材料所具有的性能，还具有更多的优点，如高强度、高刚度、轻质化、耐腐蚀性等。
在航空产品中，复合材料的应用越来越广泛，下面就来详细介绍一下。
首先，复合材料在航空产品中的应用最为广泛的就是飞机制造。
相较于传统的金属材料，复合材料拥有更高的比强度和比刚度，可以减轻飞机重量，提高飞机的燃油效率和飞行性能。
同时，复合材料还具有良好的耐腐蚀性和抗疲劳性能，能够延长飞机的使用寿命。
目前，大型民用飞机如波音787、空客A350等
都采用了大量的复合材料。
其次，复合材料还广泛应用于航空发动机领域。
发动机内部的高温和高压环境对材料的要求非常高，传统的金属材料难以满足这些要求。
而采用复合材料则可以解决这个问题。
复合材料具有良好的耐高温性能和抗氧化性能，能够满足发动机内部极端环境下的使用要求。
目前，各大发动机厂商如通用电气、普惠等都在积极推广复合材料的应用。
此外，复合材料还可以应用于航空电子设备中。
随着航空电子设备的不断发展，对材料性能的要求也越来越高。
复合材料具有良好的绝缘性能和抗电磁干扰性能，可以有效保护电子设备
的正常工作。
同时，复合材料还可以制成轻薄型电子设备外壳，减轻设备重量，提高设备的便携性。
总之，复合材料在航空产品中的应用前景非常广阔。
随着科技的不断进步和人们对轻量化、高强度、高刚度等性能要求的提高，复合材料必将成为未来航空产品制造的主流材料之一。
复合材料在航空中的应用培训课件
《飞行器设计与工程专业技术讲座（三）》结课报告班级：学号：姓名：日期：2016年10月09日复合材料在航空中的应用前言现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1] 对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。
复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。
进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。
2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。
一．复合材料的简介复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
二．在航空中常用的复合材料60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。
为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。
先进复合材料在飞机结构中的运用
先进复合材料在飞机结构中的运用◎杨旭（作者单位：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司）近年来，航空业对材料的应用予以了更高的重视，在研究不断深入的背景下，先进复合材料在飞机结构制造当中的应用量越来越大，且材料的优越性能得以逐步展现，是目前与铝钛合金等金属材料的应用同等重要的先进材料。
现阶段，先进复合材料的性能还在进一步优化，并且已成为飞机结构性能提升中的重要材料。
一、先进复合材料及其类型分析1.先进复合材料的特性。
先进复合材料是指具备较强刚度和强度性能的复合材料，该类型的材料被运用到主承力结构或者是次承力结构当中。
从材料特性上来看，ACM 材料的质量较轻，但强度却高于一般金属，具有较好的延展性，在抗热和抗腐蚀方面都具备较好的性能。
如今，先进复合材料已经被运用到机械、建筑以及航空航天领域当中。
2.先进复合材料的类型。
（1）结构复合材料。
其主要是被运用到飞机结构当中，该种类型的复合材料具备较为优异的力学特性。
（2）功能复合材料。
该种材料主要被运用到光学、电学以及声学等领域当中，其具备摩擦性能、化学分离性能等，具备较好的发展前景。
二、飞机结构中先进复合材料设计与制造中面临的问题分析1.主结构设计、分析及验证需进一步实践。
目前，飞机结构制造中先进复合材料的应用量逐步提升，且逐渐应用于关键性承载结构方面，然而机身大梁等主体结构制造中仍以金属材料为主，仅有部分小型飞机是全部利用复合材料制成。
还需要大量且深入的工程验证，通过逐步实践才可将先进复合材料推广至关键性结构的制造当中。
2.制造质量稳定性不强，试制质量与企业化产品质量不相符。
由于飞机结构件较大，并且结构复杂性强，常需要批量化生产，因而利用复合材料制作飞机结构件时，实践制造中所应用的制造技术、制造设备并不能做到完全一致，因而产品质量也会有所差异，难以保持飞机结构制造质量的稳定性。
3.军用机与民用机中复合材料结构存在差异。
先进复合材料可分别应用于军用飞机及民用飞机的结构制造方面，但由于二者的结构并不一致，因而细节、连接以及功能设计等均需通过实践而不断完善，还应对损伤裂纹抑制设计等多个方面进行设计优化。
复合材料在航空结构中的应用研究
复合材料在航空结构中的应用研究在现代航空领域，复合材料的应用正经历着一场深刻的变革。
随着航空技术的不断发展，对飞机性能的要求越来越高，传统的金属材料逐渐难以满足这些严苛的需求。
复合材料以其独特的性能优势，在航空结构中发挥着日益重要的作用。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起，形成的一种多相材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料和夹层复合材料等。
其中，纤维增强复合材料又以碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料最为常见。
复合材料在航空结构中的应用具有诸多显著的优势。
首先，其比强度和比刚度高。
这意味着在相同的强度和刚度要求下，复合材料制成的结构件重量更轻。
对于航空领域来说，减轻飞机的重量就意味着降低油耗、增加航程和提高有效载荷。
其次，复合材料具有良好的抗疲劳性能。
在长期的使用过程中，能够承受反复的载荷作用而不易出现疲劳裂纹，从而延长了结构的使用寿命。
再者，复合材料具有优异的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境条件下保持良好的性能，减少了维护成本和时间。
在航空结构中，复合材料的应用范围广泛。
机翼是复合材料应用的重要部位之一。
现代客机的机翼结构中，大量采用了碳纤维增强复合材料。
例如，波音 787 的机翼蒙皮就使用了碳纤维复合材料，不仅减轻了重量，还提高了机翼的气动性能。
机身也是复合材料的应用领域之一。
空客 A350 的机身结构中，复合材料的使用比例达到了 53%，使得机身更加坚固和轻量化。
尾翼部分，如水平安定面和垂直安定面，也逐渐采用复合材料来制造，以提高飞行的稳定性和操纵性。
然而，复合材料在航空结构中的应用并非一帆风顺，也面临着一些挑战。
首先是成本问题。
复合材料的原材料成本较高，制造工艺复杂，导致其价格相对昂贵。
这在一定程度上限制了复合材料在一些对成本较为敏感的航空项目中的应用。
其次，复合材料的损伤检测和修复技术相对滞后。
由于复合材料的结构和性能较为复杂，一旦出现损伤，检测和修复的难度较大。
复合材料在飞机结构中的应用
复合材料在飞机结构中的应用摘要:科学技术的进步让先进复合材料的运用范畴更为广泛,随着我国对飞机结构研发的重视,复合材料以其高强度、密度小的优势被运用到飞机结构当中,研发人员不断发掘先进复合材料的潜力,提升复合材料的耐高温性能和耐疲劳性能,以强化飞机材料结构。
阐述了先进复合材料在飞机结构中的具体应用以及效益情况,期望能够阐明先进复合材料的发展新趋势。
关键词:先进复合材料;飞机结构;应用实践;效益1前言复合材料是指两种或两种以上化学性质以及物理性质不同的物质进行相关组合而成的固体材料,其可以承受荷载,将增强型材料粘贴在一起,进行纤维传递荷载的称为基体。
一般来讲,复合材料按照不同的分类法进行划分,主要分为三种:首先,按照基体类型划分,分为金属基、树脂基、无机非金属基;其次,按照增加体形状以及种类进行划分,分为纤维增强、夹层增强以及颗粒增强复合材料;最后,按照其性能进行分类,主要分为结构复合以及功能复合材料。
2复合材料在飞机结构上的沿用历史及现状先进复合材料第一次被用于飞机上可以追溯到２０世纪５０年代。
６０多年来,先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。
随着复合材料在飞机上的应用,２０世纪７０年代第一架全复合材料的飞机出现了,它们都是一些小型的娱乐用或特技飞行用飞机,这些飞机大部分采用胶接和共固化结构,紧固件用量很小,高效的空气动力学设计,加之质量轻,使这些飞机有很好的速度与敏捷性。
复合材料首先在一些次要的、非承载结构上有限地应用,如舱门、整流罩、方向舵、扰流板等,以收集相关的实验数据及飞行数据;接着,在前期应用的基础上,在大型飞机上推广应用复合材料。
２０世纪７０年代末８０年代初,复合材料被设计人员作为重点考虑在飞机次承力部件上使用,如垂尾翼、平尾翼、方向舵等,例如Ｆ－１５、Ｆ－１６、Ｆ－１８以及幻影２０００等均采用复合材料尾翼。
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F-4 Phantom II
Advanced CompositeApplication
Boron Epoxy
• Rudder
CC22643019.ppt
F-4 Phantom II
Boron/Epoxy Rudder
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上世纪60年代复合材料最初的应用是Boron/epoxy 的F-14的水平 安定面蒙皮和F-15水平与垂直安定面蒙皮。
美国：CAI计划（1996—2006）
实现高效能设计和低成本制造技术的飞跃
目的
– 开发高精度结构设计、分析和制造工艺模拟及成本控制 分析工具
– 实现在高效、低成本复合材料结构技术上的突破，达到 综合成本下降50 %的指标
美国：CAI计划（1996—2006）
RTM整体尾翼
大型整体机翼蒙皮
成果
复合材料在飞机结构中的应用
直升机上复合材料的用量已达结构重量的60%～80%，如美国的 武装直升机RAH-66，其复合材料用量达结构重量的50%以上。 美国的垂直起落、倾转旋翼后又可高速巡航的V-22“鱼鹰”，几乎 是一个全复合材料飞机。
世界上已有许多小型的全复合材料飞机问世，其中著名的“星舟 一号”客货两用机已通过适航鉴定；举世闻名的“旅游者”曾创 下不加油、不着陆，连续9天环球飞行的世界纪录。
为运输类飞机机翼、机 身大量应用复合材料提 供技术支持
提供材料和结构性 能预测的科学依据
美国：ACT计划（1988—1997）
C-130大型运输机 复合材料中央翼盒
复合材料广泛应用于F-22 主承力结构件
成果
长达12.8米的缝合复合材料大型客 机机翼试验盒段
美国：AST计划（1992—2002）
进一步扩大复合材料在主承 力构件的应用范围
研究目标
– 完成全尺寸复合材料机 翼盒段的设计和地面试 验验证
先进的缝纫设备
– 为大型客机飞机复合材 料机翼复合材料结构应 用提高技术储备
采用VARTM-PB工 艺制造的机翼壁板
美国：AST计划（1992—2002）
MD-90-40X飞机机翼作为缝合复合材料机翼的基准平台 – 建立材料的基本性能数据库和结构设计许用值 – 设计和制造技术得到评估 – 分析了结构性能与成本的综合效能
民机复合材料在结构中应用长期以来主要是尾翼级结构，主要原 因是如何突破低成本技术。本世纪中，随着A380，Boeing787和A350 在机翼和机身结构中大量应用复合材料，标志着低成本复合材料技术 已有了突破，进入了新纪元，民机结构的复合材料用量得到了大幅度 增加。
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美国：ACEE计划（1976—1986）
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远程轰炸机
B2轰炸机复合材料38%
RTM整体 CoRTM整体
尾翼
进气道
三维编织 π型加筋进气道 Nhomakorabea维铺放Z-pin X-Cor
π型连接前机
设备
身整体结构
大型整体机翼蒙皮
F-35战斗机复合材料用量36%
大型军用运输机
A400M复合材料应用部位
复合材料及其在飞机结构中的应用
概述
先进复合材料是20世纪60年代崛起的一种新材料 与铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空航天的四大结构材料
概述
先进复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成 形等许多优异特性，将其用于飞机结构上，可比常规的金属结构减重 25%～30%，并可明显改善飞机气动弹性特性，提高飞行性能。
直升机材料的发展
型号 技术水平 金属材料 复合材料 其他材料
H-34 50年代
87% -
13%
CH-53E UH-60A
60年代 70年代
85%
72%
5%
12%
10%
16%
S-76 80年代
59% 18% 23%
RAH-66 90年代
22% 50% 28%
EC135复合材料应用
V-22复合材料40%
三维编织π型加筋 π型连接前机身整体结构
Z-pin X-Cor设备
进气道纤维铺放
波音787采用了 多项研究成果
美国：AvSP 航空安全专项（2007-2016 ）
AADP (Aircraft Aging & Durability Project) 飞机老化&耐久性工程
主要包括感知诊断、损伤演化、无损检测、 多学科交叉及综合评价系统等内容
第一个Carbon/Epoxy 在军机上的应用是F-15 的减速板，占结构 重量的2%。
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上世纪70年研制的 F/A-18A/B ，采用了Carbon/3501-5复合材料 机翼、控制面、垂尾和机身蒙皮，占结构重量的12%。
在上世纪70年代后期研制了AV-8B，当时使用复合材料的动力是 追求性能和减重，复合材料用量占结构重量的28%，主要的材料是 Carbon/3501-6 epoxy ，用于机翼蒙皮、控制面、前机身蒙皮前中央 机身蒙皮，并开始用于机翼、控制面和机身骨架，在受热零件上使用 了BMI。
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在上世纪80年代复合材料在飞机结构上增加应用的目的是隐身， 在此期间研制的F-117和B2，复合材料用量占结构重量的40%，主要 使用Carbon/epoxy，以及一些特殊的树脂和增强体。
上世纪90年代复合材料在军机上的用量有所降低 (F/A-18E/F 和 F-22 的用量为22-26%)， 这是由于从追求减重（性能）变为要考虑 成本因素，以及从前面应用得到的经验教训。
概述
先进复合材料的广泛应用还可进一步推进隐身和智能结构设计技术 的发展，因此，先进复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少现已 成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。
复合材料的应用概况
从20世纪40年代 玻璃/环氧树脂复合材料 ——操纵面、整流罩和雷达罩等零部件。 ——直升机旋翼桨叶。
刚度，特别是对高速飞机来说，是一个和强度同样重要的设计 要求。
将复合材料应用到飞机的次承力构件
成果
复合材料应用于DC-10方向舵、 L-1011副翼、波音727升降舵等部件
美国：ACT计划（1988—1997）
针对复合材料在飞机机翼及机身上的主承力
结构部件
突破高损伤容限复合材 料主结构设计、制造和 应用的关键技术，降低 成本
使飞机结构减重30% 降低生产成本20%～30%