第23卷增刊 航空材料学报 203年10月 JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS October 2003 先进树脂基复合材料的发展和应用 陈祥宝 (北京航空材料研究院,北京100095) 摘要:先进树脂基复合材料在航空领域应用日益广泛,继铝、钢、钛之后,已迅速发展成为四大航空结构材料之 。本文主要介绍先进树脂基复合材料在航空工业的应用、复合材料的发展现状以及先进复合材料的发展趋 关键词:复合材料;发展;应用 中图分类号:TB332 文獻标识码:A文章编号:1005-5053(2003)S0019807 先进树脂基复合材料由于其比强度和比刚度皮,框,梁,壁板等,成型工艺技术主要为热压罐和 高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构RTM成型 尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形的独特优 先进树脂基复合材料在民机上的应用情况也 点,已经在航空、航天等领域广泛应用。目前先进日益增加,如B757复合材料用量1429kg,B767 的军用飞机复合材料用量达到25%左右,先进的复合材料用量1524kg,最新研制的B777复合材 民用客机,如空客系列飞机,复合材料的用量也达料用量则增强到990kg,占结构总重的11%。欧 到15%~20%。先进树脂基复合材料用于飞机 洲的A300系列用量多者可达结构总重的15%左 结构上可相应减重25%-30%,这是其他先进技 右,如A340复合材料用量达11t,占结构总重的 术无法达到的效果。通过复合材料结构/材料/工13%,正在研制的A380飞机先进复合材料的应 艺综合研究和材料/工艺/设计/电子/气动等学科用部位包括垂尾、副翼、方向舵、鸭翼、腹鳍。法意 交叉,深层次开发复合材料结构与功能可设计性联合研制的支线客机ATR72,由于采用了复合 潜力,在先进战斗机中使用结构/隐身、气弹剪裁材料机翼,用量高达20%。最近美国的NASA与 等一体化技术,可进一步明显提高飞机的综合性波音麦道合作,拟研制干线客机的复合材料机 能。本文主要介绍先进树脂基复合材料在航空工翼、机身结构,以进一步扩大用量。大型民机上复 业的应用、复合材料的发展现状以及先进复合材合材料机翼、机身的出现或许指日可待。表1为 料的发展趋势。 民用客机复合材料的用量。 现代直升机复合材料的用量较一般军民机还 1先进树脂基复合材料在航空工业要多。美国对直升机有一个ACAP计划(先进树 的应用 脂基复合材料应用计划),在此计划下研制的 H360,S-75,BK117和V-22等直升机均大量采 先进树脂基复合材料在军用飞机上的应用了复合材料,如垂直起落倾转旋翼后又能高速 20多年来走过了一条由小到大,由弱到强,由少巡航的V22用复合材料近3000g,结构总重 到多,由结构受力到增加功能的道路。第三代歼4%左右,其中包括机身机翼的大部分结构以及 击机如法国的Rale瑞典的JAS39,树脂基复合发动机悬挂接头和叶片紧固装置。先进武装直升 材料用量分别达40%和30%,第四代歼击机如美机,如PAH2虎式武装直升机,复合材料用量达 国的F22和F-35,树脂基复合材料用量分别达 直升机机身结构重量45%,主要用于前机身、中 24%和30%以上。F-22飞机主要应用耐热 机身、机身尾段、平尾、垂尾,结构形式包括层合板 150℃以上IM7中模量碳纤维增强韧性BMI复 和夹层结构。美国最新研制的轻型侦察攻击直升 合材料,应用的主要部位包括前、中机身,机翼蒙机RAH66,具有隐身能力,复合材料用量约占机 身结构重量的54%左右,机身龙骨大梁长7.62m, 收稿日期:2003-06-15;修订日期:2003-08-31 铺层最多达1000层。法德合作研制的Tger(虎) 作者简介:陈祥宝(1956-),男,研究员。 式武装直升机,复合材料用量也高达45%。 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第 卷 增 刊 年 月 航 空 材 料 学 报 【 〕 , , 先进 树脂基复合材料 的发展 和 应 用 陈祥 宝 北京航空 材料研究 院 , 北 京 摘要 先进树脂基复合材 料在航 空 领域应 用 日益 广 泛 , 继 铝 、 钢 、 钦之后 , 已 迅 速发 展成 为 四 大航 空 结 构材 料 之 一 。 本文 主要介绍先进树脂基复合材 料 在航 空 工 业 的应 用 、 复合 材 料 的发展 现 状 以 及 先进 复合材 料 的发展 趋 势 。 关 键 词 复合材料 发展 应 用 中图 分 类号 文 献标识 码 文 章编 号 一 一 一 先进 树脂基 复合材 料 由于其 比强 度 和 比刚度 高 、 可设计性强 、 抗疲劳 断裂性 能好 、 耐腐蚀 、 结构 尺 寸稳定性好 以 及便 于大 面积 整体成 形 的独特优 点 , 已 经 在航 空 、 航天等领域广泛应 用 。 目前先进 的军用 飞机 复合材料 用 量 达 到 左右 , 先 进 的 民用 客 机 , 如空 客 系列 飞机 , 复合材 料 的用 量 也达 到 一 。 先 进 树脂 基 复 合 材 料用 于 飞 机 结构上 可 相应 减 重 一 , 这是 其 他 先进 技 术无法达 到 的效果 。 通 过 复 合 材 料 结 构 材 料 工 艺综合 研 究 和 材 料 工 艺 设 计 电子 气 动 等 学 科 交叉 , 深层次 开 发 复 合 材 料 结 构 与 功 能 可设计性 潜力 , 在先 进 战 斗 机 中使用 结 构 隐身 、 气 弹 剪 裁 等一 体化 技术 , 可 进 一 步 明显 提 高飞 机 的综合 性 能 。 本 文 主要介 绍先进 树脂基复合材 料在航 空 工 业 的应 用 、 复合 材 料 的发 展 现 状 以 及 先 进 复 合 材 料 的发展趋 势 。 先进 树脂 基 复合 材 料在航 空 工 业 的应用 先进 树 脂 基 复 合 材 料 在 军 用 飞 机 上 的应 用 多年来 走 过 了一 条 由小 到 大 , 由弱 到 强 , 由少 到多 , 由结构 受 力 到 增 加 功 能 的道 路 。 第三 代 歼 击机如 法 国 的 、 瑞典 的 一 , 树脂基复合 材料用 量分别 达 和 , 第 四 代歼击机如美 国 的 一 和 一 , 树 脂 基 复 合 材 料 用 量 分 别 达 和 以 上 。 一 飞 机 主 要 应 用 耐 热 ℃以上 中模 量 碳 纤 维 增 强 韧 性 复 合 材 料 , 应 用 的主要 部 位 包 括前 、 中机 身 , 机翼 蒙 收稿 日期 一 一 修订 日期 一 一 作者 简介 陈祥宝 一 , 男 , 研究员 。 皮 , 框 , 梁 , 壁板 等 , 成型 工艺 技术 主要为 热压罐和 成 型 。 先进 树脂基 复合材料在 民机上 的应 用情况 也 日益 增 加 , 如 一 复合 材 料 用 量 , 一 复合 材料 用 量 巧 , 最 新 研制 的 一 复 合材 料用量则 增 强 到 , 占结构 总重 的 。 欧 洲 的 系列 用量 多者可达结构 总重 的 巧 左 右 , 如 复 合 材 料 用 量 达 , 占结构 总 重 的 , 正在研 制 的 飞 机 先 进 复 合 材 料 的应 用部位包 括垂尾 、 副翼 、 方 向舵 、 鸭翼 、 腹 鳍 。 法 意 联合研制 的 支 线 客 机 一 , 由 于 采 用 了 复 合 材料机翼 , 用 量高达 。 最 近美 国 的 与 波音 麦道 合 作 , 拟 研 制 干 线 客 机 的 复 合 材 料 机 翼 、 机 身结构 , 以进 一步扩大用 量 。 大型 民机上 复 合材 料机 翼 、 机 身 的 出现 或许 指 日可 待 。 表 为 民用客 机 复合材料 的用量 。 现代直升机 复合材料 的用量 较 一般 军 民 机还 要 多 。 美 国对 直 升机 有 一个 计 划 先 进 树 脂基 复 合 材 料 应 用 计 划 , 在 此 计 划 下 研 制 的 , 一 , 一 和 一 等 直 升 机 均 大 量 采 用 了复合材料 , 如 垂 直 起 落倾转 旋 翼 后 又 能 高 速 巡航 的 一 用 复 合材 料 近 , 占结 构 总重 左 右 , 其 中包 括 机 身机 翼 的大部 分结 构 以及 发 动机悬挂接 头 和 叶片紧 固装置 。 先进武装直升 机 , 如 一 虎 式 武 装 直升 机 , 复合 材 料用 量 达 直升机机 身 结 构 重 量 , 主 要 用 于 前 机 身 、 中 机 身 、 机身尾段 、 平尾 、 垂尾 , 结 构形式包括层合板 和夹层 结构 。 美 国最新研制 的轻 型 侦察攻击直升 机 一 , 具有 隐身 能力 , 复合材 料 用 量 约 占机 身结构重 量 的 左右 , 机 身龙 骨大梁 长 , 铺层最 多达 层 。 法德合作研制 的 虎 式武装 直升机 , 复合材料用 量也 高达