碳纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料常用于飛機(jī)、火箭和宇宙飛船的零部件，如用于軍用飛機(jī)和大型民用客機(jī)的減速板和剎車裝置，阿波羅宇宙飛船控制艙的光學(xué)儀器熱防護(hù)罩、內(nèi)燃機(jī)活塞、噴嘴材料、機(jī)翼和尾翼等?？梢?jiàn)在發(fā)展低成本、高性能復(fù)合材料方面還大有潛力。

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)航空工業(yè)發(fā)展的意義

航空工業(yè)對(duì)所需材料的要求是輕質(zhì)、高強(qiáng)、高可靠。飛行器作為一個(gè)整體，還用到少量非結(jié)構(gòu)性材料，如阻尼、減振、降噪、密封材料等。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料恰好適合制作這種材料?，F(xiàn)代航空工業(yè)上應(yīng)用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有鋁合金/玻璃纖維混雜復(fù)合材料(Glare)、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)、芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)等，還用韌性環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)醚亞胺樹(shù)脂和聚酚亞胺樹(shù)脂基增強(qiáng)復(fù)合材料等，它們覆蓋了航空飛行器機(jī)體的主要面積。其中航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最多的是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一般常用于航海船舶領(lǐng)域。

為了進(jìn)一步迎接先進(jìn)復(fù)合材料更高性能/價(jià)格比的挑戰(zhàn)，歐洲空中客車公司提出的目標(biāo)是更多地應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以減重30%，從而降低整個(gè)飛行成本40%。

碳纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料常用于飛機(jī)、火箭和宇宙飛船的零部件，如用于軍用飛機(jī)和大型民用客機(jī)的減速板和剎車裝置，阿波羅宇宙飛船控制艙的光學(xué)儀器熱防護(hù)罩、內(nèi)燃機(jī)活塞、噴嘴材料、機(jī)翼和尾翼等?？梢?jiàn)在發(fā)展低成本、高性能復(fù)合材料方面還大有潛力。在新一代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料除了作為結(jié)構(gòu)材料外，還承擔(dān)著吸波隱身等特殊功。復(fù)合材料對(duì)直升機(jī)的發(fā)展也至關(guān)重要，尤其在減重、隱身和防護(hù)裝甲等方面能滿足直升機(jī)機(jī)動(dòng)性好、生存力高的要求。法國(guó)宇航公司也大幅度增加碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的用量。波音公司生產(chǎn)的7E7雙過(guò)道噴氣式客機(jī)，包括機(jī)翼和機(jī)身在內(nèi)的大部分承力骨架結(jié)構(gòu)上已決定使用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)，它抵消了制造方向上的突然轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的任何負(fù)面影響。7E7飛機(jī)其結(jié)構(gòu)件重量的50%以上是復(fù)合材料，這使得空中客車公司的成就黯然失色，而在這之前空中客車公司還被人們稱為民航復(fù)合材料開(kāi)發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。

對(duì)航空用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的主要性能要求是，軍用飛機(jī)要求提高其機(jī)動(dòng)性、近距格斗和全天候作戰(zhàn)能力;民用飛機(jī)則要求安全性、可靠性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性等，因此對(duì)航空材料的主要要求是高比強(qiáng)度、抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命、低成本。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強(qiáng)度、比模量、獨(dú)特的耐燒蝕和隱蔽性、材料性能的可設(shè)計(jì)性、制備的靈活性和易加工性等，在實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)輕量化、快速反應(yīng)能力、高威力、大射程、精確打擊等方面起著巨大作用，使它成為航空航天工業(yè)中非常理想的材料。

2、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空工業(yè)上的應(yīng)用

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料首先應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，如軍用飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)及導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在飛機(jī)上的使用部位大致包括 ：艙門、翼梁、減速板、尾翼結(jié)構(gòu)、前機(jī)身、油箱、副油箱、艙內(nèi)壁板、地板、直升機(jī)旋翼槳葉、螺旋槳、高壓氣體容器、天線罩、鼻錐、起落架門、整流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙(尤其噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)艙)、外涵道、方向舵、座位與通道板等?，F(xiàn)階段航空工業(yè)使用的復(fù)合材料主要是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，包括熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。近年來(lái)，以碳纖維增強(qiáng)的熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料因其高韌性、低吸濕性和耐疲勞性有取代熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的趨勢(shì)。而纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料由于具有比單相陶瓷高得多的斷裂韌性，有效克服了對(duì)裂紋和熱震的敏感性，同時(shí)它還具有高比強(qiáng)度、高比模量和耐磨損以及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已在重復(fù)使用的熱防護(hù)領(lǐng)域顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，因此在航空航天領(lǐng)域?qū)⒂兄薮蟮膽?yīng)用市場(chǎng)。

飛機(jī)剎車裝置

用碳/碳(C/C)復(fù)合材料可以制成飛機(jī)剎車盤，由于材料本身的密度小，使用C/C剎車盤后可以使每架飛機(jī)重量大大減輕而且還具有耐高溫的優(yōu)異性能。歐美公司生產(chǎn)的民航飛機(jī)的剎車系統(tǒng)已逐漸用C/C盤取代鋼盤，如空中客車公司的所有飛機(jī)都采用了C/C剎車裝置，波音公司的747-400以及777也是C/C盤。軍用飛機(jī)則基本上都采用了C/C剎車裝置。

機(jī)翼

空中客車公司復(fù)合材料技術(shù)分部的Daniel Claret Viros指出：在A380上，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已用作主要結(jié)構(gòu)，如水平尾翼、垂直尾翼及方向舵、機(jī)身段。復(fù)合材料在水平尾翼上做安定面，其尺寸比A320機(jī)翼還大。英國(guó)的Westland一30直升機(jī)系列的尾翼在W30—160型上采用環(huán)氧樹(shù)脂熱固性材料。20世紀(jì)70年代后期，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)材料在F一18的主翼、機(jī)身等部位使用，用量達(dá)結(jié)構(gòu)材料總重量的10%;垂直起降的AV一8B戰(zhàn)斗機(jī)主翼等部件的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用量達(dá)到總重量的20%。F一15戰(zhàn)斗機(jī)的垂直尾翼、方向舵和全動(dòng)平尾的蒙皮均用硼纖維/環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料制成。

機(jī)身

美國(guó)宇航局開(kāi)發(fā)的旋翼垂直起飛的V一22飛機(jī)，應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制作主翼、機(jī)體、尾部、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和旋翼等，用量占結(jié)構(gòu)材料60%左右，最大航速高達(dá)590 km/h，明顯降低燃油的消耗，這與輕量化是密切相關(guān)的。波音公司將復(fù)合材料作為提升其新飛機(jī)787競(jìng)爭(zhēng)力的籌碼，采用了結(jié)構(gòu)重量50%的復(fù)合材料。而空中客車公司則采用了區(qū)別于波音的做法，據(jù)其南特工廠官方稱，飛機(jī)制造商預(yù)計(jì)“對(duì)于2010～2012年使用的飛機(jī)，空中客車不僅計(jì)劃采用全復(fù)合材料機(jī)翼，而且還是全復(fù)合材料機(jī)身。”

槳葉

在Dowty—Rotol與McCarthy十分完整的研究報(bào)告中已指出，用新的模壓技術(shù)已經(jīng)很容易把復(fù)合材料槳葉制造出來(lái)，而創(chuàng)造出氣動(dòng)效率比適宜于金屬的更好的新形狀。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一是疲勞壽命有很大改善。眾所周知，輕合金槳葉所遭到的表面損傷會(huì)更進(jìn)一步降低它們的極限疲勞壽命，而復(fù)合材料槳葉在使用中就堅(jiān)韌得多了。直升機(jī)的槳葉一般分為抗腐蝕的前緣、承載的主梁和帶彎度的后緣三部分。為了維持力和力矩的平衡，每個(gè)槳葉還應(yīng)能改變槳距(角度)和速度，這種周期性的槳距和速度變化導(dǎo)致槳葉上載荷復(fù)雜分布，從而對(duì)疲勞強(qiáng)度提出了更高的要求。。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料直升機(jī)槳葉比等價(jià)金屬槳葉壽命更長(zhǎng)。金屬做的直升機(jī)槳葉很少能經(jīng)受得住1500飛行小時(shí)的，而用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料槳葉，3000飛行小時(shí)或更長(zhǎng)的壽命正成為平常的事。盡管一些槳葉完全是用玻璃纖維來(lái)設(shè)計(jì)的，然而混雜纖維結(jié)構(gòu)卻具有很大的優(yōu)點(diǎn)，它與±45。碳纖維層合板的拉伸模量(在0。方向)一樣大，與0。(單向)的玻璃纖維鋪層材料的拉伸模量相同，這就可以用來(lái)獲得最好的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)合

發(fā)動(dòng)機(jī)

最大的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪風(fēng)扇的而不是渦輪螺旋槳的，顯然它有很多部位都采用了復(fù)合材料，尤其是在散熱器端。一般來(lái)說(shuō)，碳纖維/聚酰亞胺復(fù)合材料用作轉(zhuǎn)子與靜子，芳綸被用于環(huán)繞發(fā)動(dòng)機(jī)的外環(huán)，碳纖維層合板用于內(nèi)外包皮與某些溫度范圍合適的導(dǎo)管，即溫度可到250。C(513。F)左右，反推力魚鱗片與吸音板也是很好的應(yīng)用對(duì)象。

采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在強(qiáng)度和剛度方面以及在較好的減振效果與抗疲勞方面都會(huì)有很好的改善。所用的材料具有較小的膨脹系數(shù)，使端部間隙較小而效率有所提高。在發(fā)動(dòng)機(jī)的任意一處的減重意義都很重大，會(huì)使軸、盤的重量減輕，負(fù)荷減小，也使發(fā)動(dòng)機(jī)短艙減重。

金屬基纖維增強(qiáng)復(fù)臺(tái)材料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用具有廣闊的前景但是目前還處于試用階段，如：惠普公司的硼纖維/鋁復(fù)合材料風(fēng)扇葉片;美國(guó)GE公司的SCS-6/Ti-6-4復(fù)合材料低壓渦輪軸(體積含量35%);美國(guó)的綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(IHPTET)計(jì)劃還對(duì)用金屬基復(fù)合材料制造的風(fēng)扇外涵機(jī)匣、發(fā)動(dòng)機(jī)主軸和一些承力靜止結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)。另外，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用還包括發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及其延伸段、演示推力室。