(完整版)航空复合材料基础知识
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中国航空航天工程高性能复合材料 研发应用项目
1
中国航空航天工程高性能复合材料 研发应用项目： 复合材料、金属材料、非金属材料、树脂基先 进复合材料、PICA材料、玻璃纤维材料、形状 记忆合金、碳纤维复合新材料、钛及钛合金、 树脂基先进复合材料、玻璃钢、高性能阻燃材 料、铝合金、高强钢、纳米材料、碳/碳复合材 料、陶瓷、陶瓷基复合材料、稀土材料、 聚合 物基复合材料、金属间化合物、硼纤维材料、 先进高温材料、阻尼减振材料、高效隔热复合 材料、生物材料、铝锂合金、先进高温合金、 低密度材料、烧蚀材料、相关工艺、航空发动 机相关材料、相关结构材料等
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B2隐形轰炸机
7
苏－44
苏－47
前掠翼具有许多突出的优点。前掠翼在高攻
角时有更好的稳定性和可控性,可增大飞机的转弯
角速度;阻力小;不会出现翼尖气流分离现象,故可增
大升力,从而显著提高飞机的升阻比;另外还可改善
布局,减小迎面对雷达波的反射面积。
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10
F-18战斗机
11
12
波音767客机
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航空航天复合材料新商机
新材料是航空航天技术的重要基础，作为21世纪三大 关键技术之一，新材料是传统产业升级换代和高新技 术产业发展的先导，成为国防工业发展中最具活力和 发展潜力的新领域。伴随着“神九”飞天及国家正在 加快发展大型飞机、支线飞机、军用飞机，同时即将 开放低空领域，为航天航空产业发展提供了广阔的市 场前景，而我国航空航天大部分材料需要从国外进口， 航空航天材料发展的正处在关键时期。在新材料方面， 我国近年来开发使用的2186种新材料中，89%是在航 天技术的牵引下完成的。中国航天新型材料产业基地 数据显示，到“十二五”末，中国实现航天技术应用 产业和服务业收入21509亿元。其中新材料产业在4个 领域可实现产值5000亿元，由此可见新材料产业在航 空航天领域蕴藏着巨大的市场商机。
50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步
扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中
出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，
Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机
身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材
料，才使前掠翼得以在X-29上实现。
5
Lear Fan 2100
13
14
TAG公司 推出全复 合材料机 体无人直 升机
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F-22
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从国内情况看，当前国内飞机型号应用复 合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件 越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂， 复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力 构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、 前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞 机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼 等主承力构件也已经在小批量生产。
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1.6复合材料的性质:
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性
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7.8
密度
能
6
4.5
比 较
4 2
2.8
2 1.45 1.6 1.4 2.1 2.65
0
钢 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/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
结构、主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结
构。
18
长航时无人机 某新型武装直升机19
模具上 的“铺层”工作：工人首先将一种薄得像布一样 的特殊材料铺在模具上，然后在上面刷上一层特种胶水， 随后再铺上一层“布”。在铺了若干层“布”后，经过 固化、成型，制成特殊复合材料。最后将根据尺寸要求， 加工出具有流线形的壳体——例如整流罩类。哈航集团 为波音公司生产的整流罩将用于“波音787”机体和机翼 的结合部，可将裸露在机体外面的某一部件或装置封闭 合起来，起到保护与减少空气阻力的双重作用。
3
复合材料在航天器上的应用
先进复合材料技术的实际应用在飞行器设 计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材 料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优 良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等， 都是飞行器结构盼望的理想性能。高性能飞行 器要求结构重量轻，从而可以减少燃料消耗， 延长留空时间，飞得更高更快或具有更好的机 动性；也可以安装更多的设备，提高飞行器的 综合性能。
弹性模量 33
2
比强度
比模量
1.5
1
0.5
0
钢
铝合 1 金
2
钛合金
玻璃纤维复合材料
高模碳纤维/环氧复合材料
高模石墨纤维/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
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• 比强度和比模量高
材料的强度除以密度称为比强度；材料 的刚度除以密度称为比刚度 。这两个参量 是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和 比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度 大。这是结构设计，特别是航空、航天结构 设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和 卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复 合材料的比例。
4
减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，
取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先
进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方
国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受
力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技
术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战
Biblioteka Baidu
斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的
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目前国内复合材料在飞机上应用最多的是
新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合
材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全
复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计
工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮
和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应
用技术上有所突破。在自行设计制造的某新型
武装直升机上，大量采用了复合材料，其机身
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1.6 1.4 1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0
拉伸1强度
钢
铝合金
钛合金
玻璃纤维复合 材料 高模碳纤维/环 氧复合材料 高模石墨纤维/ 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
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2
1
0钢 铝合金 1 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/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
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中国航空航天工程高性能复合材料 研发应用项目： 复合材料、金属材料、非金属材料、树脂基先 进复合材料、PICA材料、玻璃纤维材料、形状 记忆合金、碳纤维复合新材料、钛及钛合金、 树脂基先进复合材料、玻璃钢、高性能阻燃材 料、铝合金、高强钢、纳米材料、碳/碳复合材 料、陶瓷、陶瓷基复合材料、稀土材料、 聚合 物基复合材料、金属间化合物、硼纤维材料、 先进高温材料、阻尼减振材料、高效隔热复合 材料、生物材料、铝锂合金、先进高温合金、 低密度材料、烧蚀材料、相关工艺、航空发动 机相关材料、相关结构材料等
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B2隐形轰炸机
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苏－44
苏－47
前掠翼具有许多突出的优点。前掠翼在高攻
角时有更好的稳定性和可控性,可增大飞机的转弯
角速度;阻力小;不会出现翼尖气流分离现象,故可增
大升力,从而显著提高飞机的升阻比;另外还可改善
布局,减小迎面对雷达波的反射面积。
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F-18战斗机
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波音767客机
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航空航天复合材料新商机
新材料是航空航天技术的重要基础，作为21世纪三大 关键技术之一，新材料是传统产业升级换代和高新技 术产业发展的先导，成为国防工业发展中最具活力和 发展潜力的新领域。伴随着“神九”飞天及国家正在 加快发展大型飞机、支线飞机、军用飞机，同时即将 开放低空领域，为航天航空产业发展提供了广阔的市 场前景，而我国航空航天大部分材料需要从国外进口， 航空航天材料发展的正处在关键时期。在新材料方面， 我国近年来开发使用的2186种新材料中，89%是在航 天技术的牵引下完成的。中国航天新型材料产业基地 数据显示，到“十二五”末，中国实现航天技术应用 产业和服务业收入21509亿元。其中新材料产业在4个 领域可实现产值5000亿元，由此可见新材料产业在航 空航天领域蕴藏着巨大的市场商机。
50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步
扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中
出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，
Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机
身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材
料，才使前掠翼得以在X-29上实现。
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Lear Fan 2100
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TAG公司 推出全复 合材料机 体无人直 升机
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F-22
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从国内情况看，当前国内飞机型号应用复 合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件 越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂， 复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力 构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、 前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞 机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼 等主承力构件也已经在小批量生产。
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1.6复合材料的性质:
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性
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7.8
密度
能
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4.5
比 较
4 2
2.8
2 1.45 1.6 1.4 2.1 2.65
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钢 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/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
结构、主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结
构。
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长航时无人机 某新型武装直升机19
模具上 的“铺层”工作：工人首先将一种薄得像布一样 的特殊材料铺在模具上，然后在上面刷上一层特种胶水， 随后再铺上一层“布”。在铺了若干层“布”后，经过 固化、成型，制成特殊复合材料。最后将根据尺寸要求， 加工出具有流线形的壳体——例如整流罩类。哈航集团 为波音公司生产的整流罩将用于“波音787”机体和机翼 的结合部，可将裸露在机体外面的某一部件或装置封闭 合起来，起到保护与减少空气阻力的双重作用。
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复合材料在航天器上的应用
先进复合材料技术的实际应用在飞行器设 计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材 料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优 良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等， 都是飞行器结构盼望的理想性能。高性能飞行 器要求结构重量轻，从而可以减少燃料消耗， 延长留空时间，飞得更高更快或具有更好的机 动性；也可以安装更多的设备，提高飞行器的 综合性能。
弹性模量 33
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比强度
比模量
1.5
1
0.5
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钢
铝合 1 金
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钛合金
玻璃纤维复合材料
高模碳纤维/环氧复合材料
高模石墨纤维/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
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• 比强度和比模量高
材料的强度除以密度称为比强度；材料 的刚度除以密度称为比刚度 。这两个参量 是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和 比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度 大。这是结构设计，特别是航空、航天结构 设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和 卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复 合材料的比例。
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减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，
取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先
进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方
国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受
力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技
术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战
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斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的
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目前国内复合材料在飞机上应用最多的是
新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合
材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全
复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计
工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮
和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应
用技术上有所突破。在自行设计制造的某新型
武装直升机上，大量采用了复合材料，其机身
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1.6 1.4 1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2
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拉伸1强度
钢
铝合金
钛合金
玻璃纤维复合 材料 高模碳纤维/环 氧复合材料 高模石墨纤维/ 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
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0钢 铝合金 1 钛合金 玻璃纤维复合材料 高模碳纤维/环氧复合材料 高模石墨纤维/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