復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)中的使用總結(jié)

。復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用——宋鋒濤復(fù)合材料具有比強度和比剛度高、性能可設(shè)計和易于整體成形等諸多優(yōu)點，其用于飛機結(jié)構(gòu)上，可比金屬結(jié)構(gòu)明顯減重，并可改善飛機氣動彈性特性， 提高飛行性能。大概從20世紀(jì)40年代，玻璃/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料開始應(yīng)用于操縱面、整流罩和雷達(dá)罩等航空部件。60年代復(fù)合材料最初的應(yīng)用是Boron/epoxy(硼/環(huán)氧基樹脂)的F-14的水平安定面蒙皮和F-15水平與垂直安定面蒙皮。第一個Carbon/Epoxy(碳/環(huán)氧基樹脂)在軍機上的應(yīng)用是F-15的減速板。70年代研制的F/A-18A/B，采用了Carbon/3501-5復(fù)合材料機翼、控制面、垂尾和機身蒙皮，占結(jié)構(gòu)重量的12%。70年代后期研制了AV-8B(英國鷂式戰(zhàn)斗機垂直起降)，當(dāng)時使用復(fù)合材料的動力是追求性能和減重，復(fù)合材料用量占結(jié)構(gòu)重量的28%，主要的材料是Carbon/3501-6epoxy，用于機翼蒙皮、控制面、前機身蒙皮前中央機身蒙皮，并開始用于機翼、控制面和機身骨架，在受熱零件上使用了BMI(雙馬來酰亞胺樹脂是熱固性樹脂，加工簡單，可在200℃以上的高溫下，其機械強度和電氣性能仍保持較好。其在電氣電子、精密機械、汽車、航空航天等領(lǐng)域有著較高的評價，具有廣闊的應(yīng)用前景。)。上世紀(jì)80年代復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上增加應(yīng)用的目的是隱身，在此期間研制的F-117和B2，復(fù)合材料用量占結(jié)構(gòu)重量的40%，主要使用Carbon/epoxy，以及一些特殊的樹脂和增強體。上世紀(jì)90年代復(fù)合材料在軍機上的用量有所降低(F/A-18E/F和F-22的用量為22-26%)，追求減重（性能）變?yōu)橐紤]成本因素。這一點從圖1可以看到。C-17大型運輸機的改進型機的次承力結(jié)構(gòu)使用了復(fù)合材料，減重20%（213kg），零件減少90%（2000個），緊固件減少80%（42000個），工裝減少70%，成本降低50%。圖1以下是美國的F-35戰(zhàn)斗機使用復(fù)合材料情況。精選資料，歡迎下載。圖2而且目前復(fù)合材料已在直升機上得到廣泛應(yīng)用，具體如表1所示。如美國的武裝直升機RAH-66，其復(fù)合材料用量達(dá)結(jié)構(gòu)重量的50%以上。美國的垂直起落、傾轉(zhuǎn)旋翼后又可高速巡航的V-22(魚鷹)，幾乎是一個全復(fù)合材料飛機。甚至已經(jīng)出現(xiàn)了小型的全復(fù)合材料飛機。著名的“星舟一號”客貨兩用機已通過適航鑒定；舉世聞名的“旅游者”曾創(chuàng)下不加油、不著陸，連續(xù)9天環(huán)球飛行的世界紀(jì)錄。表1直升機上復(fù)合材料使用情況型號 H-34 CH-53E UH-60A S-76 RAH-66技術(shù)水平50年代60年代70年代80年代90年代金屬材料87%85%72%59%22%復(fù)合材料 - 5% 12% 18% 50%其他材料13%10%16%23%28%以上是復(fù)合材料在軍機上的應(yīng)用。復(fù)合材料在民機結(jié)構(gòu)中應(yīng)用長期以來主要在尾翼級結(jié)構(gòu)，主要原因是如何突破成本問題。本世紀(jì)中，隨著A380，Boeing787和A350在機翼和機身結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料的大量應(yīng)用，標(biāo)志著低成本復(fù)合材料技術(shù)精選資料，歡迎下載。已突破，新紀(jì)元已到來，民機結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料用量得到了大幅度增加。由圖3可知復(fù)合材料在空客、波音等明航大飛機上的用量逐年增加。圖4更加直觀的看到了這一點。空客A380在主要承力構(gòu)件上采用復(fù)合材料。復(fù)合材料用量占結(jié)構(gòu)總重的25％，其中機身上壁板、上層客艙地板梁、垂直安定面、翼肋、機翼后緣操縱面、中央翼盒、后壓力隔框等處大量應(yīng)用復(fù)合材料。圖3新一代大型客機復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀圖4干線客機各種材料結(jié)構(gòu)重量百分比（%）鋁鋼鈦復(fù)合材料B7070.2B747811341A300761345B767801423B757781263A32076.513.54.55.5A34075868B7777011711A38061101022+3GLAREB78720151450A350XWB20752B737及A320后繼機50~65由以上的波音787飛機和空客A350飛機結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用的歷史性突破，表明大型客機結(jié)構(gòu)已進入復(fù)合材料化時代。當(dāng)前復(fù)合材料發(fā)展的趨勢是用熱塑性復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱固性環(huán)氧復(fù)合材料。主要原因是熱塑性復(fù)合材料加工非常簡單，通過簡單加熱、熔化及冷卻成型，可以像金屬一樣進行焊接，在2012年服役的G650，