迎接航空复合材料新时代

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1、迎接航空复合材料新时代2007-10-01作者:赵磊来源:航空国际07第3期浏览次数:36关键字:先进复合材料及其相关技术经过多年应用和发展进步，不仅日趋成熟而且价格也大幅降低，为新一代多复合材料飞机的出现奠定了基础。反过来多复合材料航空器的发展也促进了复合材料市场的快速增长，并进而对航空工业传统的供应链乃至航空结构维修供应链带来新变化。一个航空复合材料的新时代正向我们走来。近年来，随着复合材料技术及其加工技术和检测维修技术的飞速发展，复合材料在军民用飞行器上的用量正大幅提高。这一跨越性的转变在整个航空界及其供

2、应链中激起波澜，新材料需要新技能、新设备、新方法。多复合材料飞机的发展复合材料非比寻常的物理特性，以及近年来的技术进步大大降低了复合材料的生产成本，从而也大大加速了飞行器结构选材从金属材料向复合材料转变的进程。复合材料的应用具有可使飞机结构减重10%～40%、结构设计成本降低15%～30%的优势。面对较高的燃油价格和越来越严格的污染物排放标准，复合材料能使飞机减重的优点显得尤为重要。当然复合材料也有明显的不足，即压缩强度低，需要采用无损检测设备和相对较高的制造成本等。复合材料最初主要应用在要求高推重比和隐身性能

3、的军用飞机上。F/A-18C/D、AV-8BII以及B-2是较早采用复合材料的军用飞机，但其用量有限。到了美国的第四代战斗机F-22、F-35，以及法国的号称三代半的"阵风"和欧洲的"台风"战斗机，复合材料的用量已经占到了飞机结构重量的20%～50%。有些飞机在发动机结构上也采用了复合材料。这些复合材料采用高温树脂（双马或聚酰亚胺）制造，其工作温度比一般用作机体结构的环氧树脂复合材料的温度极限107℃高出几百摄氏度。为了减轻飞机的结构重量，军用旋翼机的螺旋桨及机体结构也大量使用复合材料，如V-22"鱼鹰"倾转旋

4、翼机所用的复合材料占结构重量40%以上。相对而言，以前军用运输机上复合材料用量不多，如C-17占8%、C-130J仅占2%，但2010年将进入服役期的空客A400M军用运输机上，这种情况会有所变化。A400M采用全复合材料机翼，复合材料总重量占飞机空重的35%。民机制造业虽然相对保守些，但在过去几十年内复合材料用量也显著增加。在上世纪70年代至80年代初的飞机设计中，像雷达罩、机身整流罩、内装饰结构、控制面等非承力或次承力结构均采用了复合材料，但大多仅占飞机结构重量的1%～3%。随着复合材料技术的不断成熟和价格

5、不断下调，在后来的空客A320和波音777飞机结构中、复合材料的用量已经占飞机结构重量的10%～15%。21世纪前后，复合材料在民用飞机上的用量更是大幅度增长。例如，一架A380所用的复合材料重达30吨，占飞机结构重量的25%；波音787上复合材料用量占飞机结构重量的50%。波音787采用全复合材料的机身，其机翼、短舱及内装饰都用了大量复合材料。与之构成直接竞争的A350XWB的复合材料用量将增至52%。此外，空客及波音都暗示将在研究中的新型单通道飞机上明显扩大复合材料的用量。这些飞机将最终取代目前广泛使用的波

6、音737和A320。这将加剧复合材料工业的变革，加大对航空供应链的冲击，因为目前单通道飞机占全球运输机队的70%。对复合材料应用一向持保守态度的公务机也开始发生变化。雷神公司在"首相"I号和豪克4000上采用了全复合材料机身。湾流公司在G450上采用高温双马树脂反推装置，达索公司为新的"隼"7X研发了复合材料尾翼。复合材料在现代航空发动机上的应用量也在增多，通用电气（GE）公司在此处于领先地位，GE90采用了复合材料风扇叶片。新型的GEnx发动机的前风扇机匣也采用了复合材料，其用量超过600千克，约占发动机重量

7、的13%，是GE90的2倍。但是，受到树脂工作温度的限制，复合材料的应用仅限于发动机的"冷端"部件。复合材料在新一代民用航空产品上应用量的急剧增长主要应归功于其技术的发展和成熟，如自动化的铺带机（ATL）、纤维铺放机、树脂转移模塑（RTM）和树脂膜熔渗（RFI）技术的发展，大大降低了复合材料的生产成本。上世纪90年代初的复合材料结构制造成本为1100美元/千克，现在已降到275～330美元/千克。因此，在21世纪前10年中即将问世的新一代民用飞机的结构设计中大量采用复合材料也就不足为奇了。市场需求激增据航空战略

8、咨询公司估计，2006年全球航空复合材料市场销售总值为73亿美元。新飞机的零部件及结构（大多为碳纤维增强塑料）占75%，为55亿美元。其中，民用运输飞机产品占33亿美元，军用飞机产品占16亿美元，公务机产品（含民用直升机）占6亿美元。此外，复合材料结构及零部件维修服务市场需求增长也很迅速，市场需求为18亿美元。复合材料的维修服务涉及反推装置、雷达罩、短舱、飞行控制面、结构件、直升机旋翼