刘云龙
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江 哈尔滨 150060
摘要：现代科学技术飞速发展的一个世纪，其中重要的标志之一就是人类在航空航天领域所取得的辉煌成就。进入21世纪，航空航天已展现出更加广阔的发展前景，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁，其作用将远远超出科学技术领域本身，对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产生更广泛和更深远的影响。在航空航天领域中，使用的高性能复合材料快速发展，复合材料更广泛地用于航天器的各种结构组件。复合材料的高性能新材料组成，通过一个特殊的模制过程复合两种或更多种异构异质材料。复合材料的目的是满足所需的材料性能。复合材料基于复合材料和功能陆续应用在航天领域。目前和未来20～30年，将发展用于制造飞机结构部件(CFRP)的碳纤维增强树脂复合材料。在结构/功能集成和复合材料基础上，将发展智能结构，满足更先进的航天器的要求。
关键词：航空航天；复合材料；应用
复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。一个国家的复合材料工业水平，是衡量该国家和地区科技与经济实力的重要标志之一。新中国成立以来，我国航空航天事业飞速发展，对航空航天材料提出更多新要求。为更好地满足现有航天航空材料发展要求，要进一步加快研发新性能、高质量的复合型材料，使我国航空航天复合材料的研发在世界竞争中占有一席之地。由于航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。材料是现代高新技术和产业的基础与先导，很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。21世纪以来，航空航天事业的发展进入新的阶段，将会推动航空航天材料朝着质量更高、品类更新、功能更强和更具经济实效的方向发展。
一、航空航天材料的地位和作用
航空航天材料泛指用于制造航空航天飞行器的材料。一架现代飞行器要用到所有的材料，即金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。按使用范围，航空航天材料可分为结构材料与功能材料。结构材料主要用于制造飞行器各种结构部件，如飞机的机体、航天器的承力筒、发动机壳体等，其作用主要是承受各种载荷，包括由自重造成的静态载荷和飞行中产生的各种动态载荷。功能材料主要是指在光、声、电、磁、热等方面具有特殊功能的材料，如飞行器测控系统所涉及的电子信息材料，又如现代飞行器隐身技术用的透波和吸波材料，航天飞机表面的热防护材料等。结构材料总的发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本；而功能材料则朝着高性能、多功能、多品种、多规格的方向发展。出于现代高性能飞行器发展的需要，结构-功能一体化和智能化也是重要的材料发展方向。自莱特兄弟制造的人类第一架飞机“飞行者一号”问世以来，航空技术取得了大跨越的发展，以战斗机为代表的军用飞机现已发展到第5代，其最大飞行速度达4倍声速。在此过程中，材料的进步对飞机的升级换代起到关键的支撑作用。
二、先进复合材料在航空领域的应用
1、军机上的应用。为让新一代战斗机的性能持续提升，且满足超音速的巡航与隐身要求。90年代后期，西方的战斗机全部运用复合材料构造机身。运用先进复合材料能加大军用运输及的栽种量，提升军用飞机能携带的油量，克服常规材料在超高音速飞行器研制中油携带存有的瓶颈问题。因而，就要让先进的复合材料广泛的使用在军用飞机上面，就要使用符合其使用性能的材料。如，比较常用的碳纤维增强树脂基复合材料，这一材料就应使用在军用飞机的主要结构、次要结构和特殊部位等，不但能提升军用飞机的抗腐蚀性，更能带动其抗疲劳性，减轻整体机身的重量，提升飞行的高效性。如：F22存有超声波速巡航需要，因而飞机的外层表面要时刻与空气产生摩擦，大量的空气摩擦产生热力，若材料不能适应会引发小范围的磨损并伴有火花，严重威胁飞行安全。为此就应在机翼复合材料上使用新型的复合材料，常用的材料是双马来酰亚胺树脂基体材料，该材料能承受260度的最大工作温度。
2、民机上的应用。民用飞机与军用飞机在使用性能上存有本质不同，民用飞机主要的职能是载客，通过运营获取利益，商业成分更多，因而更重视飞机的安全和舒适性。所以使用常规材料就能满足民用飞机的使用性能要求。复合材料应用在飞机上的时间尚短，有关民用飞机材料工艺稳定性试验的数据不慎明确，故需要时间检验民用飞机上的复合材料使用状况。在民用航空上复合材料的使用限制因素较多，可详细的划分为两大类，结构件复合材料使用和机舱内复合材料使用。就波音787为例进行探究，每一架波音787飞机其结构比例中存有大概50%吨的复合性材料，这说明如果从材料密度考虑能节约15吨的重量。空客也在这个过程中发挥自己的优势，其中就改名的A-350为例，其超宽的机身，所使用的复合材料占比能够达到52%，这是现有商用科技中占比最高的机型。国产的飞机在复合材料使用上比较保守，通过公开报道显示，复合材料使用总量能占整个飞机总量的20%左右。飞机上经常运用的复合材质是碳纤维树脂基复合材料，整体性能稳定，能承受高温腐蚀，质量偏轻。因而其性能优势远远超过于常规材料，由于复合材料价格占整个铝合金材料的十几倍以上，所以有些部分复合材料价格昂贵。
三、复合材料在航空领域中的发展前景
航空器水平的高低主要与先进复合材料的应用状况联系密切，且复合材料的使用是航空器发展的重要物质基础和先导性技术。我国先进复合材料应用水平相较于国外存有差距。基于此，我国已经加大重视力度，加快相关领域的研究，当前整体收效较好。
1、智能化。复合材料的研究需满足智能化需求，智能型复合材料可广泛的应用在航空航天器的外表面。要求在未来一段时间内，在航空器的表面加设各类传感装置，实时监控周边环境，并运用通讯、电子等系统，保障航空器在一定环境内的平稳运行。
2、多功能化。为减少航空航天器的整体体积，就应想尽一切办法提升航空航天器的预防能力，部分结构部件也应多项功能，通过应用多功能复合材料为航空航天器的新型功能赋予更多的意义。从现阶段考虑，多功能的复合材料研究已从双向功能逐步转化为三向功能。
3、质量轻、性能高。使用先进的复合材料能减轻航空航天材料中的总质量比，虽然我国航空材料占比已达到20%，但与国外的25%占比相比还存有差距。我国的复合材料整体性能偏低，结构性能偏差。在未来发展中，需强化复合材料的强度和韧度，以期在整体研究方面提出新的要求。研发中要求研究整体性能好，强度高和韧度强的新型复合型材料，让复合材料的总体减重比小于25%。
4、低成本。目前航空航天发展中复合材料使用中存在有的最大限制性因素是成本偏高。为解决这一问题，需着重研究复合材料的制造工艺，并运用科学合理的制造工艺制造和加工符合材料的结构与尺寸。运用先进的控制技术，开展自动化的控制模式，提升符合材料的生产效率。这不但能提升复合材料的成品效率，更能降低复合材料的造价成本。
综上所述，历经多年的发展，我国的先进复合材料工业体系日趋完整，并已经成功进入到航空航天生产实践内。但通过资料和数据对比获悉，在加快发展中还与世界先进水平存有差距，要努力学习相关文化知识，力争学成以后在复合材料的制造、设计与工艺方面改进方面贡献自身力量。
参考文献：
[1]汤旭，李征，孙程阳.先进复合材料在航空航天领域的应用[J].中国高新技术企业，2019,(06)：13-15.
[2]朱晋生,王卓,欧峰.先进复合材料在航空航天领域的应用[J].新技术新工艺,2018,(10).
[3]陈博，孙程阳.先进复合材料在航空航天领域的应用[J].中国高新技术企业，2018（06）：13-15.