摘  要：本文主要介绍了复合材料在国内外航空工业中的应用状况，强调了复合材料在航空领域中广阔的应用前景。
1  前 言
    为了适应现代国防建设和国民经济发展的需要，现代航空正朝着高性能、长寿命、舒适性以及降低制造成本的方向发展。复合材料由于具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、重量轻以及可设计性强等优良特性，采用特殊的增强相和基体还具有特殊的电磁性能和吸波隐身作用，体现了结构、功能一体化的特点，显示出复合材料在航空工业中的广泛应用前景，特别是近二十年来，复合材料的原材料和成型技术得到飞速发展，复合材料在国内外航空工业中得到了更广泛的应用，特别是复合材料在几大主要机型（如F-22,F-35,Typhoon,A380,B787）中的应用成功，更加增强了复合材料在航空工业中的应用前景。
2  复合材料在国外航空工业中的应用现状
2.1  复合材料在军用飞机上的应用
    自上世纪六十年代初以来开始在国外军用飞机上在研究使用复合材料，七十年代初开始在军机的结构件上使用，经过多年努力，复合材料对军用飞机的轻型化和提高机动性能起到了关键作用。
    在军用飞机上，其力学性能要求大量使用碳纤、维复合材料。玻璃钢复合材料主要应用在一些有特殊电性能要求的功能结构件中，如机头罩、天线罩和雷达罩等。
    碳纤维自上世纪五十年代末在日本问世以来，六十年代开始实现工业化生产，随即研制成功了碳纤维复合材料。由于碳纤维优良的比强度、比刚度等力学性能，七十年代碳纤维复合材料结构件先应用在军用飞机结构件上。从碳纤维复合材料应用的循序渐进历程来看，先应用在一些受力较小的结构件上，如舱门、口盖、整流罩、副翼等，逐渐过渡到垂尾、平尾等受力较大的尾翼部件上，今天已应用到机身、机翼等主要受力件中。其中麦道飞机公司于1976年研制成功的“F-18”复合材料机翼可以说将复合材料的应用一个里程碑，它将复合材料的用量提高到了飞机总重量的13％，在八十年代，该公司又将复合材料应用在”AV-8B”飞机的机翼和前机身上，将复合材料的用量提高到26%，可以说将复合材料的应用推向了一个新的高度。[-page-] 
    今天，各国的军用飞机无一例外都将复合材料的应用放在非常重要的地位，复合材料的应用已经成为军用飞机减轻重量・提高性能的重要途径，各国新的性能先进的军机机翼无一列外的都采用了复合材料，如表1所示，机身也不同程度使用了复合材料。如美国的B-2，F-22，F-35，欧洲的Typhoon,瑞典的JAS39，俄罗斯C-37等，目前军机上复合材料用量一般占飞机结构重量的20~50%。
    
    欧洲的“台风”是公认的三代半战斗机，采用了40%的复合材料，见图1。飞机表面的70% 都是碳纤维复合材料，只有15％是金属材料。“台风”战斗机将复合材料用于次要承力部件甚至是主承力部件，它的机翼除了蒙皮以外，里面的承力结构也是用复合材料制成的。大量的复合材料的应用，起到了减重、改善气动外形和降低成本的作用。[-page-] 
    
    目前上唯一的第四代战机，美国的F-2猛禽战机，大量使用了复合材料，复合材料用量约占其结构总重的25%，见图2，主要应用部位在机翼（包括蒙能上能下和部分梁、肋等）、垂尾、平尾和大轴、前机身和中机身蒙皮等。其中约17.2%为碳纤维双马树脂复合材料，6.6％为碳纤维环氧树脂复合材料，其余为热塑性的复合材料。
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2.2 复合材料在民用飞机上的应用
    民用飞机强调安全性、舒适性，同时也强调使用性能，复合材料应用在民机上的一个显著特点是能够减轻重量，提升飞机的载荷能力和飞行距离。因此，在上世纪70年代，在先进复合材料构件诞生之初，民用飞机就开始了复合材料的应用研究。
    民用飞机应用复合材料的过程和军用飞机一样也是循序渐进的过程，先应用在一些受力很小的构件上，如前缘、口盖、整流罩等等，其次应用在升降舵、方向舵、副翼等一些次承力件上，发展到今天，复合材料已应用到平尾、垂尾等受力较大的部位，目前复合材料甚至突破性的应用到波音7t7的全机身。
    美国（NASA）于1975年开始执行（ACEE）计划(飞机节能计划)，在飞机上应用复合材料次承力结构件（如方向舵等）,NASA又于1989年正式启动了ACT（Advanced Composite Technology）计划，该计划旨在开展大型民机复合材料构件（如机身、机翼等）的发展研究工作，工作的重点是改进结构性能，减低成本，使之能与相对应的金属结构件竞争。该计划执行至今，取得了丰硕成果，如波音公司的B-777，据报道复合材料用量达近lOt，占飞机结构总重的11％，其它波音系列飞机也不同程度的使用了复合材料。
    目前占市场份额近50%的欧洲客车工业集团公司，在70年代中期开始研制复合材料构件，八十年代初相继研制成功了该公司系列飞机的复合材料方向舵和垂尾，如今，空客公司将复合材料的应用推向了一个新的高度，以目前空客公司新研制的A380客机为列，该机大量使用复合材料构件，占该机重量的20%，开创了民机大量使用复合材料的先河，见图3。复合材料主要应用在该机的翼、外翼、平尾、垂尾、机身的地板梁和后部承压框等部位，机身上壁板大量使用了混杂的复合材料板，机翼的前烽还使用了热塑性复合材料。
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    美国波音公司的新型“B-7E7”梦想飞机，在需大幅度减轻重量，提高燃油效率的设计理念指引下，大量使用复合材料，复合材料的用量将占该机结构件重量的50%以上，全机主要结构件都采用复合材料，见图4。包括机身、机翼、平尾、垂尾等部位。这是目前在民用飞机上复合材料用量占比例大的飞机。
    
    复合材料在超大型飞机A380和B7E7上的成功应用，极大增强了航空界在民机中应用复合材料的决心，推动了复合材料在民机上的应用。
2.3复合材料在无人机中的应用
    无人机包括靶机、无人作战机和无人侦察机等。作为一种新型的航空作战武器，由于其无需飞行员直接操纵、成本低和高机动等特点，并随相关技术的发展，无人机在航程、隐身等技术方面得到了很大改善，目前受到各国的高度关注。无人机的长航时、高隐身、大过载和长寿命诸多特点给无人机设计带来严峻挑战，同时给复合材料的应用提供了很大的空间。目前复合材料在无人机上的应用一般占飞机重量的60~80％，而一些复合材料的用量达到90%以上，称为全复合材料飞机。
    以色列的先锋（Pioneer）、搜索者（Searcher），美国的鹰眼（Eagle Eye）和英国的不死鸟（Phoenix）等均为复合材料飞机。[-page-] 
    美国的鹰（Global Hawk)高空长航时无人侦察机，见图5，除机身主结构外，其余均为复合材料制成，包括机翼、尾翼、后机身和雷达罩等，其中复合材料机翼长35m。
   
3  复合材料在我国航空工业中的应用
    我国航空界应用复合材料的历史较短，上世纪七十年代刚刚对复合材料有所认识，七十年代中、后期开始对复合材料进行基础性研究，由于当时的社会环境，复合材料的应用研究直到八十年代初才正式开始。随着环氧、双马等中高温树脂的研制成功，复合材料的构件研究和应用才正式开始，目前，我国在复合材料中的应用主要集中在军用飞机、无人机和直升机等机种上，复合材料在民用航空飞机中的应用目前已开始应用性研究，准备在即将开始的大型客机中有所应用。据统计，我国现有的第三代军机中，复合材料使用量占结构重量的10% 以下，目前正在开始的第四代战机研制，将复合材料的应用提高到很高的地位，预计复合材料的用量将显具提高。无人机和直升机的复合材料使用量与先进水平相比任也有较大差距。出现目前这种差距的原因主要有以下几点。
    (1)我国航空工业对复合材料的认识程度有待加强，特别是一些设计部门，缺乏专业的复合材料设计，现有复合材料设计人员由金属材料或其他非金属材料设计兼任，难免对复合材料认识不够或产生偏差，以致在设计中不敢大胆使用复合材料。[-page-] 
    (2)我国复合材料的基础工业急待加强，特别是一些高性能的纤维和树脂还必须依靠进口，这在一定程度上影响了复合材料的推广应用。
    (3)低成本复合材料成型技术的研究有待加强，我国的高性能复合材料构件普遍采用热压罐成型法，成本居高不下，这给复合材料在一些低价值的航空产品和民品中的推广和使用增力口了难度。
    (4)复合材料的基础研究有待加强，近一、二十年，为尽快缩短与发达的差距，我国在复合材料的应用研究上，也取得了一批丰硕的成果，但在基础研究上投入明显不足，为了复合材料应用的长远发展，应该加强基础研究。
4  结束语
    复合材料在航空工业中的应用，经过国内外同行的几十年研究，已证明其在许多方面具有其他材料不可比拟的优势，并且展示了广阔的应用前景。我们在复合材料领域与发达相比，还有一定差距，需要我们不断努力。