摘要：近年来，伴随社会的不断发展，复合材料已成为航空结构四大材料之一。当代飞机结构中对其的运用越来越广泛。历经数个阶段的发展，已从非承力和次承力要件变成机翼和机身的核心承力要件。本文将主要围绕外国复合材料技术水平和发展方向发展分析，并基于此研究我国此技术的现状和差距。
关键词：复合材料；飞机结构；可持续发展
引言：上世纪六十年代以碳纤维为主的先进复合材料诞生，到七十年代时被运用在飞机结构中。此种材料对飞机结构模块化与轻质化发展创造了有利条件。伴随设计与生产技术的日渐成熟和发展，复合材料在民用与军用飞机中也得到了广泛应用。其用量的提升，带动整个产业向着规模化与专业化的方向前进。
一、外国复合材料技术水平与发展方向
由于此种材料具有良好的强度与刚度，因此被运用在飞机结构中。现阶段，国内外新研发的飞机不仅在垂尾、水平安定面使用了先进的复合材料，包括机翼翼盒也使用了这种材料，实现结构一体化，系统安装比较简易，省去很多不必要的零部件，减少总装时间。
步入二十一世纪后，空客与波音两大企业为占据当代民用飞机市场主导地位，掀起了一场复合材料应用争夺战。后者在其新研发的波音787飞机结构中使用的复合材料用量多达总重量的55%，空客在使用此种材料时选用了按部就班的方式，逐渐增加应用范畴，以避免技术风险的发生，在A380客机中，把用量提高到24%。
激烈的市场竞争促使这两大企业纷纷把提高复合材料的使用量当做减少机体重量和减少成本投入的最佳方法，进而让此种材料在民用飞机上的运用越来越多。二者虽对复合材料有不同的认识，但空客在波音的影响下把A350飞机中使用的材料用量提高到54%，和波音787飞机保持同起点竞争[1]。
这些情况表明了飞机结构中使用多少复合材料是判断飞机先进性的主要标准，特别是在机翼主结构中采用此种材料，能进一步彰显出飞机结构技术的先进水平。
数十载的研究结果与实践经验充分说明：复合材料具备其他材料无法拥有的良好性能，在较差的应用环境中与疲劳状态下都不会减少剩余强度，这些论断与经验为各大企业应用此种材料增加了信心。尤其是低成本生产技术的飞速发展，为民机更多的使用复合材料建设了优质的技术平台，现阶段与未来的民机结构，大范围应用此种材料已成为一种现实。
二、我国复合材料结构技术现状和差距分析
就我国而言，当代飞机结构中使用的复合材料紧随着西方发达国家的前进脚步，发展过程十分相似。民用和军用飞机的不同舵面上使用此种材料早已司空见惯。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在运7系列飞机的方向舵等部分结构中都采用了复合材料，八十年代后期开始把其运用在尾翼级结构中，直至就是年代进一步把其运用在垂尾结构中，同时也取得了适航证。
经过国内数年的研发实践，以低成本复合材料运用为核心目标的技术探究已获得了较大成就，以具有一定的材料生产能力。比如低成本Varfi、vartm等成形技术，如今应用这些技术已成功研发出了各种各样的产品，充分验证了工艺的合理性。对比于舵面等一些次承力结构的vari复核材料构造和金属构造，重量减少30%，生产成本减少了20%。另外，我国已实现民用飞机全规格复核材料尾翼设计、生产和实验。推动其设计技术在受损容限设计和检验、无损检查、加筋整体化结构生产等方面进入一个全新的发展阶段。现阶段，我国已全面开展复合材料机翼主结构技术的探究工作。鉴于其结构外形比较繁杂，连接关系较多，构造繁杂，体型大，加工生产难度大，而且要充分考虑发动机吊挂起落架支持结构等聚集载荷的干扰等，为满足这些实际要求，为设计与生产工作制造了较大困难。针对现阶段的技术水平来讲，可生产出16m的机翼壁板，也能制作出厚度为45mm的承载接头。
我国虽在复合材料的设计与生产方面获得了不小成就，但和世界先进水平对比依然有较大差距，主要表现在主承力结构设计生产技术上。当代飞机结构中使用复合材料的情况可划分成三大阶段：一是适用于受载较轻的简易零部件，比如舵面、起落架舱门等等；二是适用于一些受载较重的尾翼等次承力结构上，比如水平安定面、鸭翼等等；三是适用于主承力结构之中，比如机身等等。这些阶段所使用的生产技术分别处于三种层次上，从载荷水平来看各有不同，对构件生产技术的要求也完全不同，在构件结构的繁杂程度与大小上都有明显提升。
我国现阶段的技术水平依然处于第二个阶段。对大中型复合材料整个壁板的设计生产技术，由于载荷与大小的变化导致在材料结构方式的挑选和完善、设计标准值的设置、机械连接、生产精度和分离面的确定、实验检验方法等方面均要加大研究力度。就工艺技术而言，我国复合材料生产商不但使用了热压罐成形工艺制作所需构件，还应用了不同低成本生产技术制造一些复杂的构件，还购进了无损检查设施，一般选用预制体编制机、激光定位等材料生产设施，已满足目前航空企业对复合构件的各种需求。但在生产一些大中型飞机复合材料构件时依然不够娴熟，其中整体成形方法与技术是主要问题，从检测、模具以及材料等材料系统和规定要求来看，我国还未具备自产的、经过适航验证合格的现代民用飞机使用的复合材料碳纤维，哪怕是玻璃纤维和芳纶纤维也没有通过适航验证。现阶段，环氧树脂体系虽已具备应用于民用飞机复合材料构件的基础，但各项数据还有待完善，没有通过适航验证[2]。
通过研究国内外复合材料技术可发现，都使用了先预研，再放在型号中使用的办法。二十世纪八十年代之后，一些发达国家就开始了复合材料结构技术不同专项计划的探究，并获得了较好成果，正是源于这些成果的顺利转化，当代飞机结构中此种材料的发展才能取得质的飞跃。
结论：综上所述，在当代飞机结构上使用复合材料技术，是时代发展的必然趋势。相关人员要充分结合实际情况，有针对性的开展实践工作，从不同方面优化此技术。同时要积极学习和借鉴外国的成功经验，吸取教训，保证我国飞机结构处于世界领先行列内。
参考文献：
[1]王丹,杨鹏飞,黄华斌.飞机结构强度试验中碳纤维增强树脂基复合材料无损检测技术[J].科学技术与工程,2018,18(18):313-322.
[2]王华.飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势[J].航空制造技术,2018,61(07):26-33.
论文作者:石伟 魏振
论文发表刊物:《科技新时代》2019年1期
论文发表时间:2019/3/20
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