航空復合材料技術發展的回顧及展望

武永琴

摘 要：隨著航天技術的進步及人類對航天工業的重視度增加，單一的材料已經不能滿足航天業的需求，而復合材料的出現解決了人類面臨的困境。復合材料，顧名思義就是由兩種及兩種以上材料所合成的，一般是由有機高分子和無機金屬或有機化合物復合而成，復合材料將所有材料的優點集于一身，使得復合材料在強度、造價等綜合性能上比單一的材料更能符合航天工業的需求，所以我們應該在已有的基礎上不斷地探索復合材料的研發技術，使我國的航天工業發展的更好。

關鍵詞：航天技術；復合材料；發展

復合材料自研發以來，被廣泛地運用于航空工業中，例如在民用航天領域上，飛機的大部分都是采用復合材料，在航天飛行器的許多零件也是由復合材料構成的，導彈、運載火箭等的應用更是普遍，由此可見復合材料對航空工業的重要性。但是我國目前在復合材料的技術方面還不太成熟，所以我們要在前人的基礎上不斷探求發展之路。

1 復合材料的發展歷程

我國在1958年開始使用復合材料，初期便運用于航天工業。之后，我國的復合材料發展迅速，復合材料被廣泛地應用于各個領域。一開始，復合材料主要用在飛機的雷達罩、副油箱等，但當時采用的是玻璃鋼纖維，由于玻璃鋼纖維的彈性很小，不能運用于飛機受力大的部位，后來便出現了硼纖維，但硼纖維因為不能被長時間加工，所以只能用在飛機修理方面，綜合各方面因素，碳纖維成了飛機上主要使用的復合材料。現如今，復合材料憑借著它抗腐蝕性好、成本低、使用時間長等優點應用在飛機的各個方面。50多年過去了，我國的復合材料技術不斷發展，現已經建立的航空航天材料基本體系可以滿足我國目前航空航天需求，復合材料的生產能力和協作配套網絡，也使得我國的航天工業處于穩定發展階段，形成復合材料的所用的原材料也基本上是自產自銷。雖然這樣，我們在某些高水平研究上人與發達國家有較大的差距，優質的碳纖維和其他高水平的復合材料大多數是從其他國家買進的，這極大地限制了我國航天技術的發展。所以目前我們不僅要增加復合材料的產量而且還得提高它的質量，只有復合材料的技術提高，我國的航天工業才會更迅速地發展起來。

2 復合材料的應用

2.1 復合材料在軍事方面的應用

復合材料在一問世時，就被應用在軍事飛機上，復合材料的使用使軍機更加輕便，可攜帶更多的炸彈。隨著時代的發展，復合材料在軍機上所占比重越來越大，所承擔的任務越來越重要。復合材料不僅僅用在戰機上面，在直升機上也廣泛應用，復合材料使得直升機的重量減輕，在起飛時節省時間，同時復合材料的應用還可以減少直升飛機的墜毀概率，保障了戰士們的安全。近幾年，無人機的問世也掀起了一陣熱潮，無人機的主要作用是攜帶武器，作為戰斗武器來使用，這就要求無人機在體積一定的情況下盡可能多的裝備武器，復合材料使這個設想成為可能。RQ-4B高空長時間無人偵察機，除機身主結構為鋁合金外，剩下的都是復合材料構成的。軍事中不僅僅有戰斗還有物資需求，采用復合材料制造出來的大型貨運機可以攜帶大量的軍需物資，在戰爭中發揮巨大作用。

2.2 復合材料在民用方面的應用

現在復合材料漸漸應用于民用飛機上。由于民用飛機與戰機不同，民用飛機載人數量多、重量大，所以這就要求飛機的結構牢固。在初期，復合材料只用在一些輔助性的結構上，比如我們所熟知的波音號飛機，在前幾個型號上，復合材料的應用不足10%，而后來隨著復合材料技術的不斷精進，幾年之后波音787上的復合材料竟然占到機身總重量的一半并且廣泛應用在主要受力結構上。復合材料在民用飛機上大范圍使用這是民用飛機史上的一次重大改變，復合材料讓飛機更加輕便，強度更高，使用年限更久同時也使飛機的安全性得到了保障，復合材料的還使得飛機的成本下降，所以，復合材料在民用航空的前景必然十分光明。

2.3 復合材料在航天的應用

當航天技術開始研究時，科學家們就提出必須要用先進的、輕便的、耐用的材料來制作。航天飛機最主要的任務就是以最低的成本，用可持續利用的飛行器，把盡可能大的有效載荷送上太空中。那時候人們就開始研制高科技材料，經過不斷的試驗和技術的提高，人們發現復合材料不僅具有高比強度、高比剛度和重量輕等優點，某些復合材料還有可以焊接、耐腐蝕等獨特的優點，這些優點都非常符合航天飛機結構材料要求尤其適用于軌道器結構系統中。在航天飛機上，它的推力結構用的是硼/環氧、鋁/硼和石墨/環氧等復合材料，在環形框架、大梁、衍條、蒙皮橫梁、連接件中也采用了大量的復合材料，儲箱的襯桶上用玻璃纖維圍繞著，外殼用玻璃纖維和蜂窩纖維包裹，航天飛機上復合材料的用量高達190多公斤。

3 復合材料技術未來的發展

復合材料的發展歷史和在航天工業的應用我們已經有所了解，復合材料的重要性已經不言而喻，所以復合材料的前景是十分光明的但是到目前為止，復合材料還沒有被普遍地使用，究其根由有這幾方面：第一是復合材料的造價太貴，這并不是說復合材料的成本高，它的成本是低于一般材料的，但由于技術的不成熟和原料的不充裕，綜合下來它的造價是非常高的。第二是國內的復合材料原材料不符合標準，基礎非常差。第三是因為我國的理論知識非常落后。由于歷史原因，我國的高新技術產業起步較遲發展較為緩慢，復合材料在國內的應用也比較晚，這些原因導致的是我國的復合材料技術很不完善。在航天工業中，我國許多復合材料依賴進口，本國并不能生產，所以我們面臨的主要問題是如何大力發展我們的技術，不再一味的向其他國際買進，形成我們自己的特色產品。

作者認為應該從以下幾個方面改進：（1）對航空航天與民用領域中廣泛采用的材料例如各種先進復合材料及一些傳統結構材料進行精加工，進一步研制，使它們的成本下降，可以廣泛用在各個領域。（2）加強對復合材料原材料的改進。（3）利用發達的計算機技術來進行理論設計，減少了材料的浪費，達到省時省力保證質量和降低成本的目的。

4 結束語

我國的復合材料技術在起步時就已經落后于其他國家，當復合材料的重要性越來越明顯，應用前景越來越廣泛時，我們不能再落后，國家應大力扶持復合材料在航天工業中的研究項目，在新世紀我國的航天工業會隨著復合材料技術的發展逐漸壯大，屹立于世界不敗之地。

參考文獻

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