航空航天领域先进复合材料制造技术进展
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专题研究 Feature
机梯度隔热、舱室隔热保暖等领域。 纳米纤维材料虽然具有良好的隔热性能和弹性，但
其拉伸、剪切性能仍需大幅提升以满足实际应用需求。 同时，现有纳米纤维气凝胶的孔径较大，导致其热对流 效应明显，特别是在高温环境下，因此需在保证其力学 性能未大幅下降的前提下进一步减小纳米纤维气凝胶的 孔径，提升材料的隔热性能，最终实现其在航空航天热 防护领域的特效应用。
[11] KOBAYASHI Y, SAITO T, ISOGAI A. Aerogels with 3D ordered nanofiber skeletons of liquid-crystalline nanocellulose derivatives as tough and transparent insulators[J]. Angew Chem-Int Edit, 2014, 53（39）: 10394－10397.
复合材料自20世纪60年代问世以来迅速发展，由于 具有高比刚度、高比强度、性能可设计、抗疲劳性和耐 腐蚀性等优点，越来越广泛地应用于各类航空航天飞行 器，大大地促进了飞行器的轻量化、高性能化、结构功 能一体化。同时，复合材料的应用部位已由飞机的非承 力部件及次承力部件发展到主承力部件，并向大型化、 整体化方向发展，先进复合材料的用量成为航空器先进 性的重要标志。本文重点阐述航空航天领域最为广泛应 用的碳纤维增强树脂基先进复合材料的应用概况、制造 技术及未来发展方向。
[10] SHAN H, WANG X, SHI F, et al. Hierarchical porous structured SiO2/SnO2 nanofibrous membrane with superb flexibility for molecular filtration[J]. Acs Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 （22）: 18966－18976.
[5] BHEEKHUN N, ABU TALIB A R, HASSAN M R. Aerogels in aerospace: An overview[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2013, 406065.
[6] WANG X, DING B, SUN G, et al. Electro-spinning/netting: A strategy for the fabrication of three-dimensional polymer nano-fiber/ nets[J]. Progress in Materials Science, 2013, 58（8）: 1173－1243.
1 先进复合材料在航空航天领域的应用概况
先进复合材料在航空航天领域的应用始于军用飞 机，是为满足其对高机动性、超音速巡航及隐身等要 求而不惜成本开始采用的。近年来由于结构轻量化的要 求，民用飞机在复合材料用量方面也呈现增长的趋势。 图 1 为商用飞机中复合材料用量占结构重量比例的增加 趋势。以1990年研制的波音777为例，在其机体结构中， 复合材料仅占11%，而且主要用于飞机辅件，如尾翼和 操纵面等。到了2009年波音787首飞时，复合材料的使 用出现了质的飞跃，其用量已占到结构重量的50%（图 2 ），而 空 客 A 3 5 0 的 复 合 材 料 用 量 更 是 达 到 了 5 2 % （ 图 3），不仅复合Βιβλιοθήκη Baidu料占比激增，而且复合材料大量应用于
[7] SI Y, YU J, TANG X, et al. Ultralight nanofibre-assembled cellular aerogels with superelasticity and multifunctionality[J]. Nature Communications, 2014, 5: 5802.
[8] GBEWONYO S, CARPENTER A W, GAUSE C B, et al. Low thermal conductivity carbon fibrous composite nanomaterial enab-led by multi-scale porous structure[J]. Materials & Design, 2017, 134: 218－225.
参考文献
[1] 李俊宁，胡子君，孙陈诚，等. 高超声速飞行器隔热材料技术 研究进展[J]. 宇航材料工艺，2011，41（6）：10－13.
[2] GRITSEVICH I V, DOMBROVSKII L A, NENAROKOMOV A V. Heat transfer by radiation in vacuum shield insulation of spacecrafts [J]. Thermal Processes in Engineering, 2013, 5（1）: 12－21.
[12] SI Y, WANG X, DOU L, et al. Ultralight and fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariant superelasticity[J]. Science Advances, 2018, 4（4）: eaas8925.
[3] 沈学霖，朱光明，杨鹏飞. 航空航天用隔热材料的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程，2016，32（10）：164－169.
[4] KIM J, LEE J H, SONG T H. Vacuum insulation properties of phenolic foam[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55（19－20）: 5343－5349.
[9] ZHENG H, SHAN H, BAI Y, et al. Assembly of silica aerogels within silica nanofibers: Towards a super-insulating flexible hybrid aerogel membrane[J]. RSC Advances, 2015, 5（111）: 91813－ 91820.
机梯度隔热、舱室隔热保暖等领域。 纳米纤维材料虽然具有良好的隔热性能和弹性，但
其拉伸、剪切性能仍需大幅提升以满足实际应用需求。 同时，现有纳米纤维气凝胶的孔径较大，导致其热对流 效应明显，特别是在高温环境下，因此需在保证其力学 性能未大幅下降的前提下进一步减小纳米纤维气凝胶的 孔径，提升材料的隔热性能，最终实现其在航空航天热 防护领域的特效应用。
[11] KOBAYASHI Y, SAITO T, ISOGAI A. Aerogels with 3D ordered nanofiber skeletons of liquid-crystalline nanocellulose derivatives as tough and transparent insulators[J]. Angew Chem-Int Edit, 2014, 53（39）: 10394－10397.
复合材料自20世纪60年代问世以来迅速发展，由于 具有高比刚度、高比强度、性能可设计、抗疲劳性和耐 腐蚀性等优点，越来越广泛地应用于各类航空航天飞行 器，大大地促进了飞行器的轻量化、高性能化、结构功 能一体化。同时，复合材料的应用部位已由飞机的非承 力部件及次承力部件发展到主承力部件，并向大型化、 整体化方向发展，先进复合材料的用量成为航空器先进 性的重要标志。本文重点阐述航空航天领域最为广泛应 用的碳纤维增强树脂基先进复合材料的应用概况、制造 技术及未来发展方向。
[10] SHAN H, WANG X, SHI F, et al. Hierarchical porous structured SiO2/SnO2 nanofibrous membrane with superb flexibility for molecular filtration[J]. Acs Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 （22）: 18966－18976.
[5] BHEEKHUN N, ABU TALIB A R, HASSAN M R. Aerogels in aerospace: An overview[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2013, 406065.
[6] WANG X, DING B, SUN G, et al. Electro-spinning/netting: A strategy for the fabrication of three-dimensional polymer nano-fiber/ nets[J]. Progress in Materials Science, 2013, 58（8）: 1173－1243.
1 先进复合材料在航空航天领域的应用概况
先进复合材料在航空航天领域的应用始于军用飞 机，是为满足其对高机动性、超音速巡航及隐身等要 求而不惜成本开始采用的。近年来由于结构轻量化的要 求，民用飞机在复合材料用量方面也呈现增长的趋势。 图 1 为商用飞机中复合材料用量占结构重量比例的增加 趋势。以1990年研制的波音777为例，在其机体结构中， 复合材料仅占11%，而且主要用于飞机辅件，如尾翼和 操纵面等。到了2009年波音787首飞时，复合材料的使 用出现了质的飞跃，其用量已占到结构重量的50%（图 2 ），而 空 客 A 3 5 0 的 复 合 材 料 用 量 更 是 达 到 了 5 2 % （ 图 3），不仅复合Βιβλιοθήκη Baidu料占比激增，而且复合材料大量应用于
[7] SI Y, YU J, TANG X, et al. Ultralight nanofibre-assembled cellular aerogels with superelasticity and multifunctionality[J]. Nature Communications, 2014, 5: 5802.
[8] GBEWONYO S, CARPENTER A W, GAUSE C B, et al. Low thermal conductivity carbon fibrous composite nanomaterial enab-led by multi-scale porous structure[J]. Materials & Design, 2017, 134: 218－225.
参考文献
[1] 李俊宁，胡子君，孙陈诚，等. 高超声速飞行器隔热材料技术 研究进展[J]. 宇航材料工艺，2011，41（6）：10－13.
[2] GRITSEVICH I V, DOMBROVSKII L A, NENAROKOMOV A V. Heat transfer by radiation in vacuum shield insulation of spacecrafts [J]. Thermal Processes in Engineering, 2013, 5（1）: 12－21.
[12] SI Y, WANG X, DOU L, et al. Ultralight and fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariant superelasticity[J]. Science Advances, 2018, 4（4）: eaas8925.
[3] 沈学霖，朱光明，杨鹏飞. 航空航天用隔热材料的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程，2016，32（10）：164－169.
[4] KIM J, LEE J H, SONG T H. Vacuum insulation properties of phenolic foam[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55（19－20）: 5343－5349.
[9] ZHENG H, SHAN H, BAI Y, et al. Assembly of silica aerogels within silica nanofibers: Towards a super-insulating flexible hybrid aerogel membrane[J]. RSC Advances, 2015, 5（111）: 91813－ 91820.