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。可見在發(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)合材料對航空工業(yè)發(fā)展的意義

航空工業(yè)對所需材料的要求是輕質(zhì)、高強(qiáng)、高可靠。飛行器作為一個整體，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。現(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)氧樹脂、雙馬來醚亞胺樹脂和聚酚亞胺樹脂基增強(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。可見在發(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)動性好、生存力高的要求。法國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)合材料開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。

對航空用纖維增強(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)動機(jī)艙(尤其噴氣式發(fā)動機(jī)艙)、外涵道、方向舵、座位與通道板等。現(xiàn)階段航空工業(yè)使用的復(fù)合材料主要是纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，包括熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性樹脂基復(fù)合材料。近年來，以碳纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂基復(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脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的趨勢。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，有效克服了對裂紋和熱震的敏感性，同時它還具有高比強(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，因此在航空航天領(lǐng)域?qū)⒂兄薮蟮膽?yīng)用市場。

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。英國的Westland一30直升機(jī)系列的尾翼在W30—160型上采用環(huán)氧樹脂熱固性材料。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、方向舵和全動平尾的蒙皮均用硼纖維/環(huán)氧樹脂增強(qiáng)復(fù)合材料制成。

機(jī)身

美國宇航局開發(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競爭力的籌碼，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，而創(chuàng)造出氣動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。金屬做的直升機(jī)槳葉很少能經(jīng)受得住1500飛行小時的，而用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料槳葉，3000飛行小時或更長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，這就可以用來獲得最好的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)合

發(fā)動機(jī)

最大的噴氣發(fā)動機(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。一般來說，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)動機(jī)的任意一處的減重意義都很重大，會使軸、盤的重量減輕，負(fù)荷減小，也使發(fā)動機(jī)短艙減重。

金屬基纖維增強(qiáng)復(fù)臺材料在發(fā)動機(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%);美國的綜合高性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)(IHPTET)計(jì)劃還對用金屬基復(fù)合材料制造的風(fēng)扇外涵機(jī)匣、發(fā)動機(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)動機(jī)上的應(yīng)用還包括發(fā)動機(jī)噴管及其延伸段、演示推力室。