复合材料及其在飞机结构中的应用教学内容
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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%
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
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。
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%
F-4 Phantom II
Advanced CompositeApplication
Boron Epoxy
• Rudder
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。
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。
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。
CC22643020.ppt
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。
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%。
CC22643020.ppt
CC22643020.ppt
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。
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
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）
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）
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ห้องสมุดไป่ตู้评价系统等内容
CC22643020.ppt
CC22643020.ppt
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 纤维铺放
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
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%
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
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。
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%
F-4 Phantom II
Advanced CompositeApplication
Boron Epoxy
• Rudder
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。
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。
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。
CC22643020.ppt
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。
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%。
CC22643020.ppt
CC22643020.ppt
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。
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
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）
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）
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ห้องสมุดไป่ตู้评价系统等内容
CC22643020.ppt
CC22643020.ppt
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 纤维铺放
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