1.5 聚合物基复合材料的应用

第二阶段：受力较小的部件，如升降舵、 第二阶段：受力较小的部件，如升降舵、方向 襟副翼等。 舵、襟副翼等。 1975年NASA开始执行 1975年NASA开始执行ACEE计划（飞机节能 开始执行ACEE计划 计划（ 计划）：减重、节油、增加商载。该阶段约于80 ）：减重 计划）：减重、节油、增加商载。该阶段约于80 年代初结束。 年代初结束。 第三阶段：受力较大的部件，如平尾、垂尾。 第三阶段：受力较大的部件，如平尾、垂尾。 仍在ACEE计划下执行 该阶段约于85年前后完成 计划下执行， 年前后完成。 仍在ACEE计划下执行，该阶段约于85年前后完成。 第四阶段：在生产型飞机上正式设计应用， 第四阶段：在生产型飞机上正式设计应用，如 B757，B767，B737，B747。B777： B757，B767，B737，B747。B777：共用复合材料 9.9吨，占结构总重的11%。波音的“音速巡航者” 9.9吨 占结构总重的11%。波音的“音速巡航者” Cruiser)拟用复合材料 拟用复合材料60%，2008年投入 （Sonic Cruiser)拟用复合材料60%，2008年投入 使用。 该项目取消，转为B7E7。 使用。后该项目取消，转为B7E7。
F/A-22“猛禽”的复合材料应用： F/A-22“猛禽”的复合材料应用：
• 目前世界上唯一的4代战机（隐身、超音速巡航、 目前世界上唯一的4代战机（隐身、超音速巡航、 • • • •
推力矢量）， 推力矢量），F/A-22大量应用了复合材料，复合 ），F/A-22大量应用了复合材料， 大量应用了复合材料 材料约占其结构总重的23～25%左右 左右。 材料约占其结构总重的23～25%左右。 主要应用部位：机翼（蒙皮和部分梁）、垂尾、 ）、垂尾 主要应用部位：机翼（蒙皮和部分梁）、垂尾、 平尾及平尾大轴、 中机身蒙皮等。 平尾及平尾大轴、前、中机身蒙皮等。 双马树脂体系：17.2%；环氧树脂体系：6.6%； 双马树脂体系：17.2%；环氧树脂体系：6.6%； 热塑性复合材料：0.4%； 热塑性复合材料：0.4%； 首飞时间：1997年 交付使用：2003年 首飞时间：1997年；交付使用：2003年1月；单 1.2亿美元 不含研制成本）。 亿美元（ 价：1.2亿美元（不含研制成本）。
F-35 复合材料应用： 复合材料应用： F-35是美国最新研制的轻型、低成本、多用途、 35是美国最新研制的轻型、低成本、多用途、 是美国最新研制的轻型 隐身战斗机，复合材料用量约为30～35%。 隐身战斗机，复合材料用量约为30～35%。 主要应用部位：机翼、机身、垂尾、平尾、 主要应用部位：机翼、机身、垂尾、平尾、进气 道等。 用材体系：30%的碳 环氧、2%的碳 双马、2%玻 的碳/ 的碳/ 用材体系：30%的碳/环氧、2%的碳/双马、2%玻 纤/双马。大量用环氧树脂体系，强调低成本、因其 双马。大量用环氧树脂体系，强调低成本、 Mmax=2。 Mmax=2。 研制费用达到绝对空前的2000亿美元 洛克希德. 亿美元， 研制费用达到绝对空前的2000亿美元，洛克希德. 马丁主持， 国参与，素有“世界战斗机”之称。 马丁主持，8国参与，素有“世界战斗机”之称。 受经费困扰，首飞时间从2005年秋延至 年秋延至2006年 受经费困扰，首飞时间从2005年秋延至2006年8月， 到目前为止，尚未交付使用。 到目前为止，尚未交付使用。
先进复合材料在飞机结构上的应用大致分为3 先进复合材料在飞机结构上的应用大致分为3个 30多年来走过了一条由小到大，由弱到强、 多年来走过了一条由小到大 阶段 。 30多年来走过了一条由小到大，由弱到强、 由少到多、由结构到功能的发展道路 由少到多、由结构到功能的发展道路 。 三 个阶段具 体如下： 体如下： 1、第一阶段 用于舱门、口盖、 副翼、 用于舱门、口盖、整流罩以及 襟 、副翼、方向舵 力较小、规模较小， 60年代末 等操纵面上 。 受力较小、规模较小，于60年代末 ~70年代初完成。 70年代初完成 年代初完成。
1.5.2 先进复合材料在民机上的应用
民机既强调安全性 经济性，但也强调性能， 民机既强调安全性、经济性，但也强调性能， 安全性、 继军机之后亦早于70年代初就开始了应用先进复 继军机之后亦早于70年代初就开始了应用先进复 合材料的进程。 合材料的进程。 1、大型民机 大型民机又称商用干线客机， 大型民机又称商用干线客机，在先进复合材料 问世之初的70年代就开始了其研究应用 年代就开始了其研究应用， 问世之初的70年代就开始了其研究应用，以美国 而言大致可分为四个阶段： 而言大致可分为四个阶段： 第一阶段： 受力很小的构件， 如前缘、 口盖、 第一阶段 ： 受力很小的构件 ， 如前缘 、 口盖 、 整流罩、扰流板等，该阶段约70年代中期结束 年代中期结束。 整流罩、扰流板等，该阶段约70年代中期结束。
轰炸双重任务，单价高达22.2亿美元，是世界上迄今为 轰炸双重任务，单价高达22.2亿美元 亿美元， 最昂贵的飞机。 止最昂贵的飞机。 机身采用翼身融合 无尾翼的飞翼构形， 翼身融合、 机身采用翼身融合、无尾翼的飞翼构形，机翼前缘交接 于机头处，机翼后缘呈锯齿形。 于机头处，机翼后缘呈锯齿形。 机身机翼大量采用石墨 碳纤维复合材料， 石墨/ 机身机翼大量采用石墨/碳纤维复合材料，表面有吸波涂 发动机喷口置于机翼上方，独特的外形设计和选材， 层，发动机喷口置于机翼上方，独特的外形设计和选材， 能有效躲避雷达的探测，达到良好的隐身效果。 能有效躲避雷达的探测，达到良好的隐身效果。 最高时速0.85马赫 升限19000m，最大航程11000km。 马赫， 最高时速0.85马赫，升限19000m，最大航程11000km。 几小时内攻击世界上任何地区的目标 接到指令后，能在几小时内攻击世界上任何地区的目标。 接到指令后，能在几小时内攻形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料 美国B
B-2轰炸机复合材料应用： 轰炸机复合材料应用：
• 复合材料约占其结构总重的50%左右。 复合材料约占其结构总重的50%左右 左右。 • 洛斯罗普公司研制，1989年首飞，能执行核轰炸和常规 洛斯罗普公司研制，1989年首飞 年首飞， • • •
1.5 复合材料的应用
新材料的研究与应用一直是当代高技术的主要 内容之一，材料科学是当代整个科学技术的前沿， 内容之一，材料科学是当代整个科学技术的前沿， 材料的复合化是研制新材料的重要手段。 是研制新材料的重要手段 材料的复合化是研制新材料的重要手段。 复合材料的三大应用领域： 复合材料的三大应用领域： 航空航天领域：约占18%； 航空航天领域：约占18%； 体育休闲用品：约占37%； 体育休闲用品：约占37%； 各类工业应用：约占45%。 各类工业应用：约占45%。
欧洲空中客车工业集团：52%的民机市场份额 欧洲空中客车工业集团：52%的民机市场份额。 的民机市场份额。 工业集团 总的情况：不亚于美国，某些情况并有所超出。 总的情况：不亚于美国，某些情况并有所超出。 70年代中期开始，1983年生产A300、A310的 70年代中期开始 1983年生产 年代中期开始， 年生产A300、A310的 方向舵，G↓20%。 方向舵，G↓20%。 1978年开始研制 1978年开始研制A310、A320的垂尾，1985年 年开始研制A310、A320的垂尾 1985年 的垂尾， 完成，G↓20%，此后用量可达结构总重的15% 完成，G↓20%，此后用量可达结构总重的15% 左右：包括A320、A322、A330、A340等。A340 左右：包括A320、A322、A330、A340等 -500/600还应用了热塑性复合材料机翼前缘。 500/600还应用了热塑性复合材料机翼前缘 还应用了热塑性复合材料机翼前缘。
将先进复合材料（ACM） 将先进复合材料（ACM）用于航空航天结构 上可减重 减重20%以上 以上， 上可减重20%以上，这是其它先进技术无法达 到的效果。 到的效果。 复合材料是继 是继铝 之后， 复合材料是继铝、钢、钛之后，迅速发展成 四大航空航天结构材料之一 之一。 为四大航空航天结构材料之一。 本节内容将以航空领域的应用为重点 内容将以航空领域的应用为重点， 本节内容将以航空领域的应用为重点，具 体介绍先进复合材料 先进复合材料应用日益广泛的特点和趋 体介绍先进复合材料应用日益广泛的特点和趋 势。
2005年 2005年1月18日在法国图卢兹的“让-吕克·拉加 18日 法国图卢兹的 吕克· 迪尔”A380总装大厅揭开神秘面纱。空客公司举行 迪尔”A380总装大厅揭开神秘面纱。 总装大厅揭开神秘面纱 了庆祝A380建造完成的正式典礼 建造完成的正式典礼。 了庆祝A380建造完成的正式典礼。世界上最大的客 正式诞生。 机空中客车A380正式诞生 2005年 月份，A380进 机空中客车A380正式诞生。2005年3月份，A380进 行测试飞行，首架客机于2007年10月15日交付 日交付新加 行测试飞行，首架客机于2007年10月15日交付新加 航空公司，投入商业运营。 坡航空公司，投入商业运营。 目前已接到包括中国南方航空在内的世界上15 目前已接到包括中国南方航空在内的世界上15 架为货机。 家航空公司的154架的订单，其中的27架为货机 家航空公司的154架的订单，其中的27架为货机。 新加坡航空公司将是全球第一家使用 将是全球第一家使用A380客机运载 新加坡航空公司将是全球第一家使用A380客机运载 旅客的航空公司，法航将是欧洲第一家使用A380客 旅客的航空公司，法航将是欧洲第一家使用A380客 机的航空公司。 机的航空公司。
1.5.1 先进复合材料在军机上的应用
飞机设计及其性能的不断提高一直与采 用性能优异的新材料 尤其是ACM 密切相关 新材料尤其是 用性能优异的新材料 尤其是 ACM密切相关 。 ACM： 先进复合材料。 ACM中大量应 ACM ： 先进复合材料 。 ACM 中大量应 用的是碳纤维复合材料 CFRP) 高比强、 碳纤维复合材料( 用的是 碳纤维复合材料 (CFRP) ： 高比强 、 高比模。 高比模。
2、第二阶段 用于垂尾、平尾等受力较大 规模较大 受力较大、 用于垂尾、平尾等受力较大、规模较 大 的尾翼一 级部件， 70年代初始 至今仍在延续， 年代初始， 级部件，自70年代初始，至今仍在延续，现 军 机尾 翼一级部件已均为复合材料。 翼一级部件已均为复合材料。 其中F 14的硼 环氧复合材料平尾 1971年前后 的硼/ 复合材料平尾于 其中F-14的硼/环氧复合材料平尾于1971年前后 研制成功，是复合材料发展史上一个重要里程碑 重要里程碑， 研制成功，是复合材料发展史上一个重要里程碑， 此后则有F 15、 16、 18、 幻影2000和幻 此后则有F-15、F-16、F-18、B1-B、幻影2000和幻 4000等 此时复合材料用量一般不超过结构总重 复合材料用量一般不超过结构总 影4000等，此时复合材料用量一般不超过结构总 重 的 5 %。