波音787中复合材料的应用及性能特点
新型复合材料在航空中的应用
新型复合材料在航空中的应用在现代航空领域，追求更高的性能、更轻的重量、更强的耐久性以及更低的成本一直是不懈的目标。
而新型复合材料的出现和应用，为实现这些目标提供了有力的支持。
复合材料，简单来说，就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，形成的具有新性能的材料。
在航空工业中，常用的新型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）、芳纶纤维增强复合材料等。
碳纤维增强复合材料是目前在航空中应用最为广泛的一种新型复合材料。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优异性能。
将碳纤维与树脂基体结合，形成的碳纤维增强复合材料，在强度和刚度上远远超过了传统的金属材料，同时重量却大幅减轻。
这使得飞机的结构能够在保证强度的前提下，实现更轻的重量，从而降低燃油消耗，提高飞行效率。
例如，波音 787 和空客 A350 等新一代客机，大量使用了碳纤维增强复合材料制造机身、机翼等主要结构部件。
玻璃纤维增强复合材料则具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，成本相对较低，常用于飞机的非承力结构部件，如整流罩、内饰件等。
芳纶纤维增强复合材料具有优异的抗冲击性能和韧性，在飞机的防护结构和一些关键部位能发挥重要作用。
新型复合材料在航空发动机领域也有着重要的应用。
航空发动机工作环境极其恶劣，需要承受高温、高压、高转速等极端条件。
传统的金属材料在这样的环境下性能会逐渐下降，而一些新型复合材料则能够表现出更好的耐高温和耐磨损性能。
例如，陶瓷基复合材料可以用于制造发动机的热端部件，如涡轮叶片、燃烧室等，能够提高发动机的工作温度和效率。
此外，新型复合材料在飞机的起落架、飞行控制系统等方面也有应用。
起落架需要承受巨大的冲击和载荷，使用复合材料可以减轻重量，同时提高抗疲劳性能。
在飞行控制系统中，复合材料制成的部件能够提供更精确的控制和更好的响应性能。
然而，新型复合材料在航空中的应用也并非一帆风顺。
首先是成本问题，尽管随着技术的发展，复合材料的成本在逐渐降低，但与传统金属材料相比，仍然较高。
复合材料在航空工程中的应用
复合材料在航空工程中的应用复合材料是由两种或两种以上的材料组成的，它们具有各自的优点和缺点。
航空工程是一个十分精密和复杂的领域，要求所有的部件都要非常轻巧，同时还要承受巨大的负荷。
利用复合材料来制造航空部件已经成为业内的主流。
在这篇文章中，我们将探讨复合材料在航空工程中的应用。
1.复合材料的种类复合材料的种类很多。
最常见的种类是石墨纤维双向编织复合材料，它以其高强度、高刚度及抗腐蚀等特点优势，被广泛应用于航空工程。
另一个种类是碳纤维增强材料，由于其具有高强度、轻质、高温耐性等特点，在飞机上的应用也越来越广泛。
2.复合材料在航空工程中的应用航空工程是一个非常具有挑战性的领域，要求所有的航空部件都必须轻便而且强壮。
因此，复合材料在航空工程中得到了广泛的应用。
（1）飞机机身在航空工程中，飞机机身是由航空铝合金和复合材料构成的。
除了铝合金材料用于机身底部的固定和支撑外，其余的部分都用复合材料构成。
这大大降低了机身的重量，同时也提升了机身的强度和耐用性。
（2）飞机尾翼尾翼是飞机的关键部分之一。
它对飞机的飞行稳定性有着巨大的影响。
在航空工程中，复合材料在尾翼的应用越来越广泛。
在飞机的水平和垂直尾翼上，广泛应用了纤维增强复合材料，这可以减轻飞机的重量并提高其机动性。
（3）飞机引擎舱壳体在航空工程中，飞机站下强烈的气流冲击和飞行时的高温高压环境，因此引擎舱壳体的强度和耐用性至关重要。
复合材料因其高的强度和抗氧化性，成为了制造引擎舱壳体的首选材料。
（4）飞机螺旋桨在航空工程中，螺旋桨通常是高度标准化的精密零件。
而复合材料的高强度和轻量化优势，使其成为螺旋桨制造的理想材料。
现在大多数商用飞机使用的都是复合材料螺旋桨。
3.复合材料的未来应用复合材料的应用已经在航空工程中变得越来越常见，未来的发展也肯定也比现在更广阔。
需要注意的是，复合材料存在着一些挑战。
例如，难以修复、制造成本高等问题。
这需要企业在未来的开发和应用中加倍努力，克服这些问题，深耕行业。
波音787飞机新技术的应用
波音787飞机新技术的应用摘要：随着科技的进步与不断的发展，各类新技术被应用于民机波音787，借鉴新技术的运用不仅可以提升我国飞机的国际竞争力，还可以研究新的电源系统、电子系统、飞行控制系统、环境控制系统以及液压刹车系统等多个系统，面对新形势，我国民用飞机要想捷足发展，必须吸取先进的发展经验，努力并不断研究，对技术进行变革与升级创新，方可面对未来的发展。
关键词：民用机；技术创新；国际竞争力上世纪末本世纪初，波音公司终于推出787飞机的最终定型架构，作为本世纪的第一款机型，大量的新技术和航空领域的最新成果都在上面得到应用和体现。
采用这些新技术在降低飞机运营成本和提高飞机可靠性方面发挥着至关重要的作用。
1波音787飞机新技术的概述1.1电源系统波音787的所有能量来自飞机的动力系统，消除了传统的空气供应系统。
该设计优化了飞机能量的使用并提高了发动机效率。
通过消除供气系统的各种部件（阀门，管道等），大大降低了飞机的重量，显着提高了系统的可靠性，并且可以有效地降低飞机的维护成本。
波音787的跳开关功能包括传统的跳开关和固态电路电源控制开关。
大多数跳转开关功能由固态电路控制开关实现。
该方法极大地方便了跳跃开关的控制，并且还可以集中显示跳开关的状态。
在驾驶舱内，可通过多功能显示屏集中控制跳开关。
同时，可以通过便携式维护控制显示器将跳开关控制在飞机上的任何位置，这极大地方便了飞机的维护工作。
这种固态电路跳转开关已应用于美国C-17军用运输机和空中客车A380。
1.2电子系统在波音787电子系统设计中，采用了大量互联网兼容系统和网络技术，特别是无线网络技术已广泛应用于波音787。
波音787上的数据传输将由核心网（CORENETWORK），通用核心系统（COMMONCORESYSTEM）和空地数据链路，外部数据通过核心网络进入公共核心系统。
波音公司正在进行的信息管理系统，如电子飞行包（EFB），电子记录簿（ELB）和飞机状态监测系统（AHM）都将成为波音787的标准配置。
波音787客机的复合材料国际化制造
波音787客机的复合材料国际化制造周雷敏;孙沛【摘要】综述了复合材料在波音787客机上突破性创新应用的情况.表明作为全球第1架复合材料质量分数达到50％的飞机,波音787在复合材料的使用方面有很多独到之处,这些独到之处不仅仅体现在各种新材料及先进成型工艺的使用上,更体现在其先进的国际化制造理念上.同时,深入解析了波音公司国际化制造的管理模式,结合波音787制造过程中遇到的问题,分析了这种管理模式的优缺点.%In this Paper, the author summaries innovative applications for composite technology in Boeing 787. Boeing 787 is the first aircraft to use 50% composites. What is unique about it is that it not only applies new materials and advanced molding technology, but also advanced international manufacturing ideal. This article, starting with Boeing 787's use of composites, investigates the management pattern of Boeing Company for international manufacturing. It also analyzes the merits and demerits of this management pattern with regard to the existing problems in the process of manufacturing.【期刊名称】《高科技纤维与应用》【年(卷),期】2013(038)002【总页数】5页(P57-61)【关键词】波音787;复合材料;国际化制造;管理模式【作者】周雷敏;孙沛【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】V258;V262.341 波音787客机的理念波音787客机被波音公司命名为“梦想”（Dreamliner），这不仅寓意着该型客机满足乘客追求未来更安静和更舒适航空旅行环境的梦想，也可理解为满足航空公司客户创造低成本、高性能产品的梦想，还可以认为是波音公司通过不断的技术和管理模式创新而实现在民用航空领域领先地位的梦想[1]。
航空器制造中的先进材料应用研究
航空器制造中的先进材料应用研究在现代航空领域，航空器制造正经历着一场深刻的变革，其中先进材料的应用发挥着至关重要的作用。
从提升飞行性能到增强安全性，从减轻重量到提高燃油效率，先进材料正在重塑航空器设计和制造的未来。
先进复合材料是航空器制造领域的一大亮点。
碳纤维增强复合材料（CFRP）因其出色的强度重量比，在飞机结构中得到了广泛应用。
与传统的铝合金相比，CFRP 不仅更轻，还具有更高的强度和抗疲劳性能。
这使得飞机能够在不增加过多重量的情况下，承受更大的飞行载荷。
以波音 787 和空客 A350 为例，它们的机身结构大量采用了 CFRP，显著降低了飞机的空重，从而减少了燃油消耗，增加了航程。
钛合金也是不可或缺的先进材料之一。
它具有高强度、耐高温和良好的抗腐蚀性能。
在发动机部件和高温区域，如涡轮叶片和燃烧室，钛合金能够承受极端的工作条件，确保发动机的高效运行。
同时，钛合金在飞机起落架等关键结构部件中的应用，也提高了航空器的整体可靠性和使用寿命。
另一种引人注目的材料是铝锂合金。
这种合金比传统铝合金更轻、更坚固，能够在减轻飞机重量的同时保持良好的机械性能。
在新型飞机的设计中，铝锂合金逐渐成为重要的结构材料，为提升航空器的性能贡献力量。
除了金属和复合材料，高分子材料在航空器制造中也有其独特的地位。
特种工程塑料，如聚醚醚酮（PEEK），具有优异的耐高温、耐化学腐蚀和耐磨性能，被用于制造飞机内饰、密封件和电子设备部件。
这些高分子材料不仅减轻了重量，还提高了航空器的舒适性和可靠性。
陶瓷基复合材料（CMC）是近年来受到高度关注的先进材料。
它们在高温环境下表现出色，能够用于发动机的热端部件，如涡轮叶片和喷管。
CMC 材料的使用可以提高发动机的工作温度，从而提高燃油效率和推力，同时减少冷却系统的复杂性和重量。
然而，先进材料在航空器制造中的应用并非一帆风顺。
首先，这些材料的成本通常较高，限制了其大规模应用。
例如，CFRP 的制造工艺复杂，原材料价格昂贵，使得飞机的制造成本大幅增加。
飞行器制造中的新型材料与技术应用
飞行器制造中的新型材料与技术应用在现代科技的飞速发展下，飞行器制造领域正经历着一场深刻的变革。
新型材料和技术的不断涌现，为飞行器的性能提升、安全性增强以及成本降低带来了前所未有的机遇。
本文将详细探讨在飞行器制造中一些具有重要影响力的新型材料和技术应用。
一、新型材料在飞行器制造中的应用1、复合材料复合材料因其出色的比强度和比刚度，在飞行器制造中占据了重要地位。
碳纤维增强复合材料（CFRP）是其中的典型代表，它被广泛应用于飞机的机身、机翼等结构部件。
与传统的铝合金相比，CFRP 不仅减轻了飞行器的重量，还提高了结构的耐久性和抗疲劳性能。
例如，波音 787 和空客 A350 等新型客机大量采用了碳纤维复合材料，显著降低了燃油消耗，增加了航程。
2、钛合金钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，在航空航天领域备受青睐。
在飞行器的发动机部件、起落架和高温结构等部位，钛合金发挥着关键作用。
它能够承受高温和高应力的工作环境，同时保证飞行器的结构完整性和可靠性。
3、高温合金随着航空发动机性能的不断提升，对材料的耐高温性能提出了更高要求。
高温合金能够在高温下保持良好的力学性能和抗氧化性能，常用于制造发动机的涡轮叶片、燃烧室等关键部件。
新型的高温合金材料通过优化合金成分和微观组织结构，进一步提高了发动机的工作温度和效率。
4、智能材料智能材料的出现为飞行器的制造带来了新的可能性。
形状记忆合金能够在特定条件下恢复预先设定的形状，可用于飞行器的机翼变形、结构修复等方面。
压电材料则能够将机械能和电能相互转换，在飞行器的振动控制、能量收集等领域具有潜在应用。
二、新型技术在飞行器制造中的应用1、增材制造（3D 打印）增材制造技术为飞行器制造带来了革命性的变化。
通过逐层堆积材料的方式，可以制造出复杂形状的零部件，减少了传统制造中的材料浪费和加工工序。
在航空航天领域，3D 打印已经被用于制造发动机喷嘴、轻量化结构件等。
此外，3D 打印还能够实现个性化定制，满足不同飞行器的特殊需求。
复合材料在飞机上的应用
复合材料在飞机上的应用摘要复合材料在降低结构重量、改善机体结构、提高安全性、减震性和使用耐久度等多个方面有着自己特有的贡献。
随着我国航空强国战略方针的实施，大型民航客机对高性能、功能强、结构功能一体化的高性能先进复合材料的需求日益提升，关键复合材料和结构制件成为限制相关领域进一步发展的瓶颈。
我国对复合材料的研究与制造无疑对飞机蒙皮各方面性能的提升有着至关重要的作用。
关键词：新型复合材料；航空引言在航空行业日益发展的今天，无时无刻都有飞机飞行在蓝天之上。
某时间点中国领空及周边民航运输机分布图如图1所示图1某时间点中国领空及周边民航运输机分布图那么面对如此数量庞大的运输线，如此错综复杂的航行高度，如此变化莫测的气象环境，我们的民航客机又是怎样来克服重重困难的呢？这就要介绍出我们的主角——复合材料。
复合材料具有许多极其重要的性能特质，如比重小；抗疲劳性优良，耐久度高，使用寿命长；减震性能优良，耐高温，安全性好，与金属材料相比不易腐蚀；可设计性灵活，可减小机身重量，有利于施工和维护，因此对航线维护和定检维护提供了巨大的便利与可操作性。
复合材料主要种类复合材料机体主要包括金属和非金属。
增强材料主要有植物纤维、碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、晶须、金属。
应用于不同的场景和位置，它们所发挥的功能是不一样的，复合材料的种类和特性也是纷繁杂多的。
总的来说，目前航空航天领域使用较为广泛的复合材料主要包括碳基复合材料，强树脂基复合材料和金属基复合材料。
同时也在逐步拓宽对植物纤维复合材料的使用。
非金属材料与金属材料对比先进复合材料中采用最广泛的纤维材料是碳、石墨、芳纶和硼。
在该类复合纤维材料中，碳纤维是在先进加强件上所投入使用的最通用的纤维材料，很多航空器的零部件和内外装饰都运用到了碳纤维复合材料，可见其用途之广。
在此综合部分常见的复合材料来进行性能对比，如玻璃纤维复合材料、碳纤维环氧复合材料、有机纤维环氧复合材料、硼纤维环氧复合材料、硼纤维铝复合材料、钢、铝合金、钛合金。
波音787中复合材料的应用及性能特点
• 蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的 芯子胶接而成。一般面板采用强度和刚度比较高 的材料，芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝芯、 泡沫芯、波纹板芯等。夹层结构具有重量轻，弯 曲刚度及强度大，抗失稳能力强，耐疲劳，吸音， 隔热等优点，因此在飞行器结构上得到了广泛应 用。对结构高度大的翼面结构，蒙皮壁板（尤其 是上翼面壁板）采用蜂窝夹层结构取代加劲板， 能明显减轻重量；对于结构高度小的翼面结构， 如操纵面，采用全高度夹层结构代替梁肋式结构， 能带来明显的减重效果。以复合材料层合板为面 板的夹层结构，由于材料的相容性，目前普遍采 用Nomex蜂窝芯子。
• 碳素层板是一种由多层碳素纤维经聚合物 灌注而成的复合材料结构。在787上，碳素 层板结构由碳丝组成的带子经树脂（类似 黏胶）灌注而成。这些薄层再堆叠起来以 获得所应用结构需要的厚度和形状，并通 过持续数小时的高温高压工艺成型。
• 层合板亦称层压板(laminate)、叠层板或实心层压 板(solid laminate)、整体层压板(monolithic laminate)。层合板可制成多种结构形式，并可采 用多种工艺方法成形，可设计性强，因此在航空 航天飞行器结构中应用十分普遍。层合板是层合 结构的基本元素。层合结构系指经过适当的制造 工艺，如共固化、二次胶接、机械连接等，主要 由层合板形成的具有独立功能的较大的三维结构，
• 碳纤维复合材料的优势： • 1、高强度（是钢铁的5倍） • 2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的
高温) • 3、出色的抗热冲击性 • 4、低热膨胀系数(变形量小) • 5、热容量小（节能） • 6、比重小（钢的1/5） • 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
波音787也被称为“准日本产机”
三大件中国制造
在密度刚度重量疲劳特性等有严格要求的领域在要求高温化学稳定性高的场合碳纤维复合材料都颇具优由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料由于其比重小刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料2出色的耐热性可以耐受2000以上的高温7优秀的抗腐蚀与辐射性能波音787也被称为准日本产机三大件中国制造碳纤维属高新技术高附加值产品具有广泛的用途和良好的发展前景
纤维复合材料在航空工业中的应用及特点
纤维复合材料在航空工业中的应用及特点摘要近年来，飞机制造技术整体朝着结构轻量化、隐身、高可靠性、长寿命、短周期、低成本、及绿色先进制造技术方向发展，纤维增强复合材料的独有特性能能很好满足这个需求，因此复合材料在航空工业中的应用越来越广泛，本文从军用飞机和民用飞机两个方面介绍了纤维增强复合材料在航空工业中的应用，并分析了纤维增强复合材料的相关特性。
文章的最后对复合材料料在未来飞行器的应用做了初步的展望。
关键词：纤维增强复合材料，航空工业，应用，特点，展望1 概述由于现代先进飞机性能的高要求，使得复合材料的发展突飞猛进，飞机结构的复合材料化已成为必然的发展趋势，这一趋势将从根本上改变传统的飞机结构设计和制造工艺，也将改变航天工业供应链重组进程，能否适应这一重大变革，势必影响一个国家航空制造业的成败兴衰，如今复合材料已经广泛应用于航空工业，小到飞机上的受力较小的前缘，口盖大到飞机尾翼机身，复合材料正在不断快速的替代金属材料。
先进复合材料诞生于20世纪60年代末，70年代初即应用于飞机结构。
先进复合材料指的是性能和功能上远远超出其单体组分性能和功能的一大类新材料，他们通常都是在不同尺度，不同层次上结构设计、结构优化的结果，融会贯通了各种单质材料发展的最新成果，甚至产生了原单质根本不具备的全新的高性能与新功能，是可以替代金属的结构材料[1]。
先进复合材料的增强材料最普遍采用的是碳纤维，石墨纤维，芳纶纤维，硼纤维。
其中的碳纤维是先进加强件上最通用的纤维材料，而且被飞机和航天飞机最广泛的应用着。
按照基体材料的不同，先进复合材料分为树脂基，金属基和陶瓷基复合材料，当前树脂基复合材料技术基本成熟，已经广泛应用于军用飞机和民用飞机。
以其为基体的纤维增强复合材料自20世纪80年代以来受到重视，在航空航天工业中有了越来越广泛的应用。
2 纤维增强复合材料在航空工业上的应用复合材料在飞机上的应用大致可以分为三个阶段：第一阶段：是应用于受载不大的简单零件部件，如各类口盖、舵面阻力板、起落架舱门等；第二阶段：是应用于承力较大的尾翼等次级主承力结构，如垂直安定面、水平安定面、全动平尾、鸭翼等；第三阶段：是应用于主承力结构，如机翼盒段、机身等[2]。
波音787客机的复合材料国际化制造
１ 波音７ ８ ７ 客机 的理念
波 音７ ８ ７ 客机 被波 音 公 司命 名 为 “ 梦想” （ Ｄ ｒ ｅ ａ ｍｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ），这 不仅 寓意着 该型 客机 满足乘 客
追求 未 来 更 安静 和 更舒 适 航 空旅 行 环 境 的梦 想 ，
空客 Ａ３ ３ ０ 等 机 型 的对 决后 ，在 这个 世 纪之 交 ，空
客 开始 投 入 巨资 ，开 发拥 有 ５ ５ ０个 座 位 的 “ 空 中
巨无 霸 ”Ａ３ ８ ０ 。 空 客 开 发Ａ３ ８ ０ 客 机 的 主 要 理 念 是 ，实现 枢 纽 城 市之 间 的集 中运输 ，保 证 每 次 飞 行 可 以携 带 更 多 乘客 ， 并为 乘 客提 供 更 舒 适 的 空 间， 同 时减 少 了飞行 次 数 ，人 员和 燃 料 成 本 也 将
Ｂｏ ｅ ｉ ｎ ｇ ７ ８ ７ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ’ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ
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复合材料在航空航天领域的应用研究
复合材料在航空航天领域的应用研究复合材料是一类优异材料，由两种或两种以上的材料组成，在它们的结合体中保留了各自的特性。
它有着超群的材料特性，被广泛应用于市场上的高端产品。
航空航天领域也是复合材料应用的重点领域，因为那里需要使用低密度、高强度、高刚度的材料来减轻飞行器质量，提高性能。
本文将探讨复合材料在航空航天领域的应用研究。
一、复合材料在飞机制造中的应用1.1 碳纤维复合材料碳纤维复合材料具有高的比强度、比刚度和低的密度，它的优势就在于比如可以代替机身部件重量更重的金属材料，从而使飞机的重量减轻20-30%，并减少了耗费燃料的能量。
由于光照也是飞机旅程中的主要耗费来源，这些复合材料的使用直接影响了飞行器的经济效益。
另外，在要求更高、对减轻结构重量更为苛刻的卫星等应用领域中，碳纤维复合材料的应用也是十分重要的。
1.2 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料是较为便宜的一类复合材料，可以通过手工制造，替代部分航空零部件的铝合金，并且能够承受冲击、磨损和化学腐蚀。
2000年之前，航空器中曾经广泛使用玻璃纤维复合材料。
但由于其相对较低的强度和刚度，玻璃纤维复合材料在航空领域的应用越来越少，逐渐被碳纤维复合材料所取代。
二、复合材料在火箭制造中的应用2.1 增材制造增材制造，也称为3D打印，已经成为火箭制造领域的重要一部分。
在这个过程中，通常使用复合材料，在3D打印机中将复合材料层层叠加，直至形成需要的部件。
这种技术可以节省费用和时间，并减少浪费的材料。
这种技术目前主要用于生产低质量和小批量的零部件。
2.2 碳纤维增强复合材料在现代火箭推进系统中，尤其是在发动机喷嘴和推力向量控制方面，强度高、轻量的复合材料是及其必要的。
这种具有向心力的负载被偏向更有效的复合材料，轻质、强度高的碳纤维增强复合材料在此领域中广泛应用。
三、复合材料在航空航天领域的未来随着3D打印和其他新技术的发展，未来的复合材料将更创新，更具工程度。
波音787中复合材料的应用及性能特点剖析课件
复合材料的抗疲劳性能主要归功于其多层次的材料结构和优化的制造工艺。这些 复合材料经过精密设计和加工，能够有效地分散和吸收飞机运行过程中产生的交 变载荷，降低应力集中，延缓疲劳裂纹的产生和扩展。
复合材料的轻量化效果
总结词
波音787中使用的复合材料具有显著的轻量化效果，有助于提高飞机的燃油效率和性能。
2023
PART 04
波音787中复合材料的性 能特点
REPORTING
复合材料的强度与刚度
总结词
波音787中使用的复合材料具有高强度和刚度，能够承受较大的载荷和抵抗变 形。
详细描述
复合材料由多种材料组成，通过优化材料配比和层间组合，实现了高强度和刚 度的特性。这种特性使得复合材料在承受飞机运行时的气动载荷、惯性载荷和 结构载荷时表现出良好的稳定性。
详细描述
由于复合材料的密度较低，同时具有高强度和刚度，因此能够实现飞机的轻量化。这不仅减少了飞机 的起飞重量，提高了燃油效率，还有利于减少排放，降低对环境的影响。同时，轻量化还有助于改善 飞机的飞行性能和机动性。
2023
REPORTING
PART 05
波音787中复合材料的应 用对飞机性能的影响
对飞机结构强度的影响
波音787简介
REPORTING
波音787飞机的发展历程
2003年10月，波音 公司正式启动波音 787计划，确定新型 中远程客机方案。
2013年6月，波音 787系列飞机正式进 入商业运营阶段。
2006年12月，波音 787首架飞机完成总 装，并于2009年12 月实现首飞。
波音787飞机的市场地位
多领域应用
复合材料的应用领域将不断扩大，不仅限于航空 航天领域，还将拓展到汽车、船舶、轨道交通等 领域。 Nhomakorabea 2023
复合材料航空航天
航空航天用复合材料的研究现状、制备方法、原理和运用摘要：本文主要从复合材料的特点出发，针对在航空工业应用广泛的预形件成形和结构成形各项技术进行了全面系统的介绍。
并对其在航空航天中的应用情况以及发展难点和研发现状作了简要概述。
关键词：复合材料、航空制造、航空运用0.前言：复合材料（Advabced Composite Materirals ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史，它具有比强度比模量高，可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点，显示出比传统钢、铝合金结构材料更优越的综合性能，在飞机上已获得大量应用，可实现飞机结构相应减重25%～30%，作为21世纪的主导材料，先进复合材料的用量已成为飞机先进性，乃至航空航天领域先进性的一个重要标志，是世界强国竞相发展的核心技术，也是我国的重点发展领域。
一．复合材料的概述1.1概念复合材料(Composite materials)，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。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材两大类。
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。
1.2性能复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。
石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。
纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。
以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。
碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。
波音787制造
波音787飞机生产所体现的先进制造技术波音787复材机身段的制造技术碳纤维合成技术已有数十年的历史，自20世纪80年代以来，广泛应用于试验飞行和军事航空领域。
不过，波音787是第一种主要采用碳纤维材料制造的商业客机：70%机体使用合成材料制造。
碳纤维丝被植入树脂中，然后将一层层的碳纤维夹在别的材料之间，以便令碳纤维丝处于不同方位。
利用这种技术制造的材料既轻又坚硬——强度至少是钢材的四倍。
金属机身一般由长方形金属板构成，然后用成千上万个铆钉固定，使用合成材料，整个机身的管状截面可以作为整体制造出来——基本上是在一个巨型炉子(称为高压釜)烧制碳合成材料。
接着，只要通过更少的扣件就能将更少的部件固定。
这使得波音公司可以重新考虑整个制造过程。
波音不是像以前那样，将机身结构组装完毕，然后再安装所有的布线、管线和其他机载系统，而是将机身整个部分外包，造好以后再在埃弗雷特进行组装。
由于复合材料结构有着许多众所周知的优点，在对复材结构做了大量成功的研究试验基础上，波音公司决定787机体主要结构大规模地采用复合材料。
由777飞机复材用量的12%一步跨越到50%，即机身和机翼壳体几乎都由碳纤维增强。
由于复合材料结构有着许多众所周知的优点，在对复材结构做了大量成功的研究试验基础上，波音公司决定787机体主要结构大规模地采用复合材料。
由777飞机复材用量的12%一步跨越到50%，即机身和机翼壳体几乎都由碳纤维增强复合材料制成，仅少数机体部位应用铝合金或其他材料。
而空客公司原来的A350设计方案是在A330飞机基础上进行的，机身仍是以铝合金的铆接结构为主，复材用量仅为35%，这样，波音787就大幅度地拉大与A350复材用量的差距。
对于波音的竞争对手空客公司来说，客机的超大型机身复材部件的制造技术是一个难于逾越的巨大挑战。
这种由复材组成机身的787客机，是全球第一款利用高科技碳纤维复合材料打造的客机，机身段省去1500块铝合金钣料零件和4~5万个连接件，使机体结构件尺寸变小，但更轻盈坚固。
航空复合材料
航空复合材料
航空复合材料是指将两种或两种以上的材料通过一定的工艺方法结合在一起，形成具有新的性能和特点的材料。
航空复合材料在航空航天领域得到广泛应用，具有较高的强度、轻质化、耐腐蚀和抗疲劳等优点。
航空复合材料由纤维增强材料和基体材料组成。
纤维增强材料通常采用碳纤维、玻璃纤维和有机合成纤维等，以其高强度、高模量和低密度等特点而被广泛选用。
而基体材料则常采用环氧树脂、聚合物和陶瓷等，以其具有良好的粘结能力和均匀受力特性而被广泛应用。
航空复合材料具有以下优势：
首先，航空复合材料相比传统金属材料具有较高的强度和刚性。
这是由于纤维增强材料具有较高的强度和刚性，能够有效地抵抗外部载荷，使得航空器结构更加牢固、稳定，提高了航空器的安全性能。
其次，航空复合材料具有轻质化的特点。
由于纤维增强材料具有低密度的特点，与金属相比，航空复合材料的重量更轻，能够减轻航空器的自重，提高航空器的飞行性能。
此外，航空复合材料还具有较好的耐腐蚀性和抗疲劳性能。
航空器在高空环境下长时间暴露于恶劣的气候和环境条件下，传统金属材料容易受到腐蚀和疲劳损伤，而航空复合材料能够有效地抵御这些损伤，延长航空器的寿命。
总之，航空复合材料是航空航天领域的重要材料，具有较高的强度、轻质化、耐腐蚀和抗疲劳等特点。
随着航空技术的不断发展和进步，航空复合材料将会得到更广泛的应用和推广。
航空器的多功能材料应用研究
航空器的多功能材料应用研究在现代航空领域，材料的发展和应用一直是推动航空器性能提升的关键因素之一。
随着科技的不断进步，多功能材料的出现为航空器的设计和制造带来了新的机遇和挑战。
本文将深入探讨航空器中多功能材料的应用，包括其类型、特性、优势以及面临的问题。
多功能材料是指那些具有多种优异性能的材料，能够在同一材料中实现多种功能，例如同时具备高强度、轻质、耐高温、耐腐蚀、隐身等特性。
这些材料的应用可以显著提高航空器的性能，降低重量，提高燃油效率，增强安全性和可靠性。
一、常见的航空器多功能材料1、复合材料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新材料。
在航空器中，碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）得到了广泛的应用。
CFRP 具有高强度、高模量、轻质的特点，被用于制造航空器的结构部件，如机翼、机身等，能够显著减轻航空器的重量，提高燃油效率和飞行性能。
2、钛合金钛合金具有高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在航空器发动机和高温部件中得到了广泛应用。
例如，钛合金可以用于制造发动机的风扇叶片、压气机盘等部件，能够提高发动机的工作温度和效率，同时减轻发动机的重量。
3、高温合金高温合金是能够在高温下保持良好力学性能和抗氧化性能的材料。
在航空器发动机中，高温合金被用于制造燃烧室、涡轮叶片等高温部件，能够承受高温燃气的冲刷和腐蚀，保证发动机的正常工作。
4、隐身材料隐身材料是能够降低航空器雷达反射截面积（RCS）的材料，包括吸波材料和透波材料。
吸波材料能够吸收雷达波，将电磁能转化为热能而消耗掉；透波材料则能够让雷达波穿透航空器，减少反射。
隐身材料的应用可以提高航空器的隐身性能，增强其在战场上的生存能力。
二、多功能材料的特性和优势1、轻质高强轻质高强是多功能材料在航空器应用中的重要特性之一。
减轻航空器的重量可以降低燃油消耗，提高飞行性能和航程。
例如，使用 CFRP 制造的机翼比传统的铝合金机翼轻约 30%，但强度却更高。
航空飞机材料的新宠——复合材料
航空飞机材料的新宠——复合材料神奇的大自然总是源源不断地馈赠给人类智慧的灵感，就像所有的蜂巢都拥有统一的建造角度和模式一样—正六角形房孔，相邻的房孔共用一堵蜡和丝制成的墙，孔底由3个完全相同的菱形组成。
这不仅非常节省建筑材料，并且具有极佳的构造稳定性。
在精巧的蜂窝构造启示下，xx年，全球首架全复合材料飞机就使用了蜂窝状的碳纤维层合板。
这种新型构造在保证强度、刚度和耐热性的前提下，却比飞机普遍使用的铝、钢和钛合金材料的重量减轻了一半。
正是因为这些优势，复合材料已经成为航空材料的“新宠”。
其在客机上的构造重量日益增加，如今已经开始广泛应用于民用航空制造业。
一些先进客机的复合材料重量已经超过金属材料，占其总重量的50%以上，这也成为未来民机在材料选择方面的一种趋势。
为了满足飞机在飞行中一系列苛刻的要求，飞机制造商对复合材料的使用非常慎重，而其中很多关键问题的答案都需要科学家的深刻认识与理论阐释。
段慧玲就是这样一位专家。
作为北京大学工学院力学与工程科学系的研究员，她在复合材料研究领域钻研多年，获得了很多具有国际影响力的研究成果。
由于出色的科技成就，段慧玲获得了由中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会及欧莱雅中国共同主办的第11届“中国青年女科学家奖”。
在颁奖现场，记者就复合材料在航空领域应用的.相关问题采访了段慧玲。
记者:在航空复合材料研究领域，其研究目标主要是什么?段慧玲:我们主要研究的是复合材料的强度和刚度。
尤其是用于飞机制造业的材料，其中一个重要的因素就是尽可能减轻重量。
因此，我们的研究就是要在保证复合材料重量轻的情况下，保证其较大的强度和刚度，并防止出现裂纹。
这些复合材料都是三明治构造的，就像自然界的蜂巢，实际上它中间的“心”是空的，这样重量才会轻。
但是，这种构造一受力就会被压扁。
为了防止这种情况的发生，我们就要进展设计，使其具有较大的刚度。
因此，工程师通常会在复合材料中添加涂层。
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• 碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、 比模量综合指标，在现有结构材料中是最 高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等 有严格要求的领域，在要求高温、化学稳 定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优 势。
• 由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料， 由于其比重小、刚性好和强度高而成为一 种先进的航空航天材料
波音787中复合材料的应用及 性能特点
• 2007 年7 月8 日, 世界航空界的目光聚集 在波音公司, 目睹美国飞机制造巨头的首 架波音787 梦想客机的下线揭幕仪式。 （美式写法：07/08/07）
• 2009年12月15日，波音公司的革命性作品， 被称为“梦想飞机”的波音787成功完成首 飞。
• 碳纤维属高新技术、高附加值产品，具有广泛的用途和 良好的发展前景。碳纤维是一种可以形成庞大产业带的 基础产品，并随其成本的降低而在金属、陶瓷、玻纤等 材料的传统应用领域得到广泛应用。同时因其高科技含 量，又可在一定时期形成相对垄断产品。
• 目前, 国内外学者对于碳纤维复合材料的研究热点主要 集中于复合材料的制备与工艺优化以及复合材料及结构
• 碳纤维复合材料的优势： • 1、高强度（是钢铁的5倍） • 2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的
高温) • 3、出色的抗热冲击性 • 4、低热膨胀系数(变形量小) • 5、热容量小（节能） • 6、比重小（钢的1/5） • 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
波音787也被称为“准日本产机”
三大件中国制造
• 的损伤破坏和承载能力分析等领域。另一方面研究开发 有特色的具有自主知识产权的低成本碳纤维生产技术以 及成型费用低的复合材料制造新工艺。随着我国经济的 持续快速发展，碳纤维的市场需求与日俱增，发展我国 的碳纤维工业具有重大制波音787 客机的过程中, 大胆地采用了两大高技术措施:全球数字 化协同制造和机体主要结构大规模采用
复合材料, 在飞机结构中的应用情况大致可 以分为三个阶段： • 第一阶段是应用于受载不大的简单零部件， 如各类口盖、舵面、整流罩、雷达罩、阻 力板、起落架舱门等，据统计可减重20% 左右。
• 蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的 芯子胶接而成。一般面板采用强度和刚度比较高 的材料，芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝芯、 泡沫芯、波纹板芯等。夹层结构具有重量轻，弯 曲刚度及强度大，抗失稳能力强，耐疲劳，吸音， 隔热等优点，因此在飞行器结构上得到了广泛应 用。对结构高度大的翼面结构，蒙皮壁板（尤其 是上翼面壁板）采用蜂窝夹层结构取代加劲板， 能明显减轻重量；对于结构高度小的翼面结构， 如操纵面，采用全高度夹层结构代替梁肋式结构， 能带来明显的减重效果。以复合材料层合板为面 板的夹层结构，由于材料的相容性，目前普遍采 用Nomex蜂窝芯子。
• 如翼面结构的梁、肋、壁板、盒段，机身侧壁以 及飞行器部件等。
• 层合板设计是复合材料结构设计中最最关键的设 计工作之一，也是复合材料结构设计特有的工作 内容。层合板设计主要包括选取合适的铺层角， 确定各铺层角铺层的百分比和铺层顺序三方面内 容。
• 碳素夹心板是一种特殊级别的复合材料， 通过将两层纤薄硬质蒙皮附着在蜂巢版的 轻质厚核心层上制造而来。核心层材料通 常为低强度材料，但其较大的厚度可以为 夹心板复合材料提供高抗弯性，同时保持 整体低密度。
• 第二阶段是应用于承力大的部件，如安定 面、全动平尾、前机身段、机翼等，据估 计可减重25%~30%。
• 第三阶段是应用于复杂受力部位，如机身 段、中央翼盒等，据估计可减重30%。787 飞机采用复合材料减重将达50%。
• 这种飞机和现今同等大小的飞机相比, 能够 节省燃油20 %, 在如今燃油价飞涨阶段, 这 一优点对航空业界有着不言而喻的意义, 并 且维修成本可节省30 %, 飞行的舒适性也有 很大提高。
• 胶粘剂将面板和芯子胶接成整体，传递面板和芯 子之间的载荷；芯子支持面板承垂直于面板的压 缩应力，并能防止面板发展轴压引起的屈曲，此 时芯子承受压缩和剪切载荷。
• 其他复合材料由多种材料组成，这些材料 被组合起来时，具有某些优势性的结构属 性。787上这类材料的例子包括玻璃纤维、 玻璃/碳素合成物等。
• 碳素层板是一种由多层碳素纤维经聚合物 灌注而成的复合材料结构。在787上，碳素 层板结构由碳丝组成的带子经树脂（类似 黏胶）灌注而成。这些薄层再堆叠起来以 获得所应用结构需要的厚度和形状，并通 过持续数小时的高温高压工艺成型。
• 层合板亦称层压板(laminate)、叠层板或实心层压 板(solid laminate)、整体层压板(monolithic laminate)。层合板可制成多种结构形式，并可采 用多种工艺方法成形，可设计性强，因此在航空 航天飞行器结构中应用十分普遍。层合板是层合 结构的基本元素。层合结构系指经过适当的制造 工艺，如共固化、二次胶接、机械连接等，主要 由层合板形成的具有独立功能的较大的三维结构，