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

1、纖維增強復合材料對航空工業(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、高可靠。飛行器作為一個整體，還用到少量非結構性材料，如阻尼、減振、降噪、密封材料等。纖維增強復合材料恰好適合制作這種材料。現(xiàn)代航空工業(yè)上應用的纖維增強復合材料有鋁合金/玻璃纖維混雜復合材料(Glare)、碳纖維增強復合材料(CFRP)、芳綸增強復合材料(AFRP)、玻璃纖維增強復合材料(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復合材料等，它們覆蓋了航空飛行器機體的主要面積。其中航空航天領域應用最多的是碳纖維增強復合材料，而玻璃纖維增強復合材料一般常用于航海船舶領域。

為了進一步迎接先進復合材料更高性能/價格比的挑戰(zhàn)，歐洲空中客車公司提出的目標是更多地應用碳纖維增強復合材料以減重30%，從而降低整個飛行成本40%。

碳纖維及其增強復合材料常用于飛機、火箭和宇宙飛船的零部件，如用于軍用飛機和大型民用客機的減速板和剎車裝置，阿波羅宇宙飛船控制艙的光學儀器熱防護罩、內(nèi)燃機活塞、噴嘴材料、機翼和尾翼等。可見在發(fā)展低成本、高性能復合材料方面還大有潛力。在新一代飛機設計中，纖維增強復合材料除了作為結構材料外，還承擔著吸波隱身等特殊功。復合材料對直升機的發(fā)展也至關重要，尤其在減重、隱身和防護裝甲等方面能滿足直升機機動性好、生存力高的要求。法國宇航公司也大幅度增加碳纖維增強復合材料的用量。波音公司生產(chǎn)的7E7雙過道噴氣式客機，包括機翼和機身在內(nèi)的大部分承力骨架結構上已決定使用纖維增強塑料(FRP)，它抵消了制造方向上的突然轉變所產(chǎn)生的任何負面影響。7E7飛機其結構件重量的50%以上是復合材料，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合材料開發(fā)的領導者。

對航空用纖維增強復合材料的主要性能要求是，軍用飛機要求提高其機動性、近距格斗和全天候作戰(zhàn)能力;民用飛機則要求安全性、可靠性、舒適性和經(jīng)濟性等，因此對航空材料的主要要求是高比強度、抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長壽命、低成本。纖維增強復合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強度、比模量、獨特的耐燒蝕和隱蔽性、材料性能的可設計性、制備的靈活性和易加工性等，在實現(xiàn)武器系統(tǒng)輕量化、快速反應能力、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、纖維增強復合材料在航空工業(yè)上的應用

纖維增強復合材料首先應用在航空航天領域，如軍用飛機、無人戰(zhàn)斗機及導彈、火箭、人造衛(wèi)星等。纖維增強復合材料在飛機上的使用部位大致包括 ：艙門、翼梁、減速板、尾翼結構、前機身、油箱、副油箱、艙內(nèi)壁板、地板、直升機旋翼槳葉、螺旋槳、高壓氣體容器、天線罩、鼻錐、起落架門、整流板、發(fā)動機艙(尤其噴氣式發(fā)動機艙)、外涵道、方向舵、座位與通道板等。現(xiàn)階段航空工業(yè)使用的復合材料主要是纖維增強樹脂基復合材料，包括熱固性樹脂基復合材料和熱塑性樹脂基復合材料。近年來，以碳纖維增強的熱塑性樹脂基復合材料因其高韌性、低吸濕性和耐疲勞性有取代熱固性樹脂基復合材料在航空航天領域應用的趨勢。而纖維增強陶瓷基復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度、高比模量和耐磨損以及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已在重復使用的熱防護領域顯示出巨大的優(yōu)勢，因此在航空航天領域將有著巨大的應用市場。

飛機剎車裝置

用碳/碳(C/C)復合材料可以制成飛機剎車盤，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。軍用飛機則基本上都采用了C/C剎車裝置。

機翼

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

機身

美國宇航局開發(fā)的旋翼垂直起飛的V一22飛機，應用碳纖維增強復合材料制作主翼、機體、尾部、發(fā)動機艙和旋翼等，用量占結構材料60%左右，最大航速高達590 km/h，明顯降低燃油的消耗，這與輕量化是密切相關的。波音公司將復合材料作為提升其新飛機787競爭力的籌碼，采用了結構重量50%的復合材料。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，飛機制造商預計“對于2010～2012年使用的飛機，空中客車不僅計劃采用全復合材料機翼，而且還是全復合材料機身。”

槳葉

在Dowty—Rotol與McCarthy十分完整的研究報告中已指出，用新的模壓技術已經(jīng)很容易把復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。復合材料結構的優(yōu)點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一步降低它們的極限疲勞壽命，而復合材料槳葉在使用中就堅韌得多了。直升機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，每個槳葉還應能改變槳距(角度)和速度，這種周期性的槳距和速度變化導致槳葉上載荷復雜分布，從而對疲勞強度提出了更高的要求。。

纖維增強復合材料直升機槳葉比等價金屬槳葉壽命更長。金屬做的直升機槳葉很少能經(jīng)受得住1500飛行小時的，而用纖維增強復合材料槳葉，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計的，然而混雜纖維結構卻具有很大的優(yōu)點，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剛度結合

發(fā)動機

最大的噴氣發(fā)動機是渦輪風扇的而不是渦輪螺旋槳的，顯然它有很多部位都采用了復合材料，尤其是在散熱器端。一般來說，碳纖維/聚酰亞胺復合材料用作轉子與靜子，芳綸被用于環(huán)繞發(fā)動機的外環(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用對象。

采用纖維增強復合材料，在強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)動機的任意一處的減重意義都很重大，會使軸、盤的重量減輕，負荷減小，也使發(fā)動機短艙減重。

金屬基纖維增強復臺材料在發(fā)動機上的應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/鋁復合材料風扇葉片;美國GE公司的SCS-6/Ti-6-4復合材料低壓渦輪軸(體積含量35%);美國的綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(IHPTET)計劃還對用金屬基復合材料制造的風扇外涵機匣、發(fā)動機主軸和一些承力靜止結構進行了試驗。另外，碳纖維增強復合材料在發(fā)動機上的應用還包括發(fā)動機噴管及其延伸段、演示推力室。