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　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，復(fù)合材料在客機(jī)上的結(jié)構(gòu)重量日益增加，如今已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于民用航空制造業(yè)，一些先進(jìn)客機(jī)的復(fù)合材料重量已經(jīng)超過金屬材料，占其總重量的50%以上，這也成了未來民機(jī)在材料選擇方面的一種趨勢。

　　事實(shí)上，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，復(fù)合材料在客機(jī)上的結(jié)構(gòu)重量日益增加，如今已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于民用航空制造業(yè)。一些先進(jìn)客機(jī)的復(fù)合材料重量已經(jīng)超過金屬材料，占其總重量的50%以上，這也成了未來民機(jī)在材料選擇方面的一種趨勢。

　　“新寵”

　　復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)、不同形態(tài)的組分通過復(fù)合工藝組合而成的一種多相材料，它既保持了原組分材料的主要特點(diǎn)，又顯示了原組分材料所沒有的新性能，可以通過材料設(shè)計(jì)使各組分的性能相互補(bǔ)充并彼此聯(lián)系，從而獲得新的優(yōu)越性能。

　　如今，復(fù)合材料已經(jīng)成為航空材料的“新寵”。美國貝奇飛機(jī)制造公司曾制造出世界上第一架全復(fù)合材料飛機(jī)。它使用了耐熱性能好的碳纖維層，中間夾有環(huán)氧化物。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強(qiáng)度和耐熱性幾乎相同。正是因?yàn)閾碛羞@些優(yōu)點(diǎn)，世界民機(jī)制造巨頭波音和空客都在逐步加大復(fù)合材料在飛機(jī)上的使用比例，并且在復(fù)合材料的研發(fā)和生產(chǎn)上進(jìn)行了大量的投入。

　　波音最新研制的波音787夢想客機(jī)所使用的材料中，復(fù)合材料占比有很大提升，達(dá)到50%，遠(yuǎn)超過鋁所占的20%，其中主要以碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料（CFRP）為主。而波音777中復(fù)合材料約占12%，鋁占50%。此外，波音747系列的新機(jī)型波音747-8洲際客機(jī)和747-8貨機(jī)也應(yīng)用了很多新技術(shù)，其中就包括復(fù)合材料的使用。與波音777飛機(jī)一樣，波音747-8飛機(jī)廣泛采用新一代鋁合金，更重要的是，它還在襟翼、擾流板、短艙和方向舵中采用石墨復(fù)合材料。

　　波音的競爭對手空客是首家在大型民用飛機(jī)上廣泛采用復(fù)合材料的飛機(jī)制造商。在其從事民機(jī)制造的近30年來，空客飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量日益增加，從最初的空客A300飛機(jī)的不足5%，到空客A380飛機(jī)的25%，再到空客A350XWB的53%?？湛惋w機(jī)上第一次實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的用量超過了金屬材料?？湛虯350XWB的復(fù)合材料、輕金屬材料和硬金屬材料的比例分別是53%、20%和21%。被稱為“空中巨無霸”的空客A380則約有25%由先進(jìn)輕質(zhì)復(fù)合材料制造，其中22%為碳、玻璃或者石英纖維增強(qiáng)塑料，3%為GLARE（一種玻璃纖維——鋁層壓板）材料。

　　改變

　　復(fù)合材料的使用對航空制造業(yè)的改變是顯而易見的。以波音787為例，其擁有更高的燃油效率，單位碳排放也有所減少，這在很大程度上得益于CFRP的運(yùn)用。CFRP由塑料基體（環(huán)氧樹脂）包圍的碳纖維組成，樹脂對纖維起到了支持和保護(hù)的作用，它的密度比鋁輕30%，比鋼輕50%，吸收碰撞能量的性能極強(qiáng)，在抗腐蝕、疲勞和老化等方面也有上佳表現(xiàn)。

　　作為集碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大優(yōu)勢于一身的增強(qiáng)纖維，碳纖維的密度不到鋼的1/4，但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的10倍。在將碳纖維重疊為纖維層的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，波音787采用了具有較強(qiáng)韌性的高韌性粒子，強(qiáng)化了在各層之間起到黏合劑作用的基體樹脂，大幅加大了飛機(jī)尤其是客艙的強(qiáng)度。

　　其中最引人注目的是碳纖維復(fù)合材料機(jī)身。波音787獨(dú)特的一體式復(fù)合材料機(jī)身桶省去了所有縱向蒙皮拼接件。有業(yè)內(nèi)人士指出，波音787的機(jī)身段省去了1500塊鋁合金鈑料零件和4萬個(gè)~5萬個(gè)連接件。與傳統(tǒng)的板塊構(gòu)造相比，復(fù)合材料的使用使得機(jī)體結(jié)構(gòu)件尺寸更小，而且更加輕盈和堅(jiān)固，維修成本也可節(jié)省30%。

　　這種材料可以像布料一樣剪裁，因此新的生產(chǎn)工序制造出的邊角余料和廢料減少了?，F(xiàn)有的飛機(jī)主要是鋁制的，必須將大片或大塊材料碾碎后機(jī)器加工，然后用來制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)。被用來制造飛機(jī)零部件的原材料中，通常有90%在生產(chǎn)過程中成為了邊角余料。雖然這些材料可以再循環(huán)，但盡可能避免浪費(fèi)無疑是更好的辦法。波音787復(fù)合材料方案解決了這個(gè)效率問題。

　　空客A350XWB機(jī)型采用的增壓型多板式復(fù)合材料機(jī)體也是航空復(fù)合材料在使用方面的一項(xiàng)重大進(jìn)展和成就，這項(xiàng)技術(shù)已在空客A380飛機(jī)上得到驗(yàn)證?？湛捅硎?，對于運(yùn)營商而言，復(fù)合材料在運(yùn)營期間不會有腐蝕和疲勞損傷，但對于受到外物撞擊（比如鳥撞），除了目視檢查外，還須進(jìn)行額外的詳細(xì)無損評估（如采用超聲波、共振方法），并開展必要的修理。除了運(yùn)營中的檢查需求外，復(fù)合材料在制造過程中也采用超聲波或X射線等無損檢測方法確保產(chǎn)品沒有缺陷。為此，空客通過與研究機(jī)構(gòu)的合作，開發(fā)出了先進(jìn)的無損檢測方法。

　　未來

　　根據(jù)全球管理咨詢和市場研究公司Lucintel的一份新的市場研究報(bào)告，新飛機(jī)的巨大需求和復(fù)合材料的高滲透率（占結(jié)構(gòu)重量的50%以上）將推動(dòng)復(fù)合材料在航空航天市場的發(fā)展。該報(bào)告稱，復(fù)合材料在商業(yè)航空、支線飛機(jī)、軍工、通用航空、直升機(jī)以及航空航天市場其他部門的總需求量預(yù)計(jì)在未來10年將達(dá)到418億美元。

　　巨大的需求令世界航空制造巨頭們紛紛加大了在復(fù)合材料研制和生產(chǎn)方面的投入力度。尤其是在航空業(yè)潛力巨大的中國市場，波音和空客通過各種方式，分別設(shè)立了復(fù)合材料的生產(chǎn)廠房。

　　早在1999年建立的天津波音復(fù)合材料有限公司（下稱“天津波音”）是波音中航工業(yè)合資建立的。目前波音持有天津波音88%的股權(quán)，中航工業(yè)則持有剩余12%的股權(quán)。2011年4月，其新廠房正式竣工，使天津波音生產(chǎn)復(fù)合材料的產(chǎn)能提高了60%。天津波音為所有波音在產(chǎn)機(jī)型生產(chǎn)復(fù)合材料零部件，包括波音737、波音747-8、波音767、波音777和波音787。按計(jì)劃，2013年投入全部產(chǎn)能之時(shí)，其月產(chǎn)將達(dá)到10000件，復(fù)合材料種類增加為850多種。

　　空客也很快在中國找到了突破口，2009年6月30日，哈爾濱哈飛空客復(fù)合材料制造中心新廠房破土動(dòng)工。新廠房占地超過3萬平方米。新廠房建成后，將采用最先進(jìn)的工藝和設(shè)備，生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。2010年7月2日，哈爾濱哈飛空客復(fù)合材料制造中心向空中客車西班牙工廠交付首個(gè)空客A320飛機(jī)升降舵工作包。2011年2月，復(fù)合材料制造中心新廠房在哈爾濱市正式落成并投入使用。新廠房將用于空客最新研發(fā)項(xiàng)目空客A350XWB部分復(fù)合材料零部件的生產(chǎn)制造。

　　當(dāng)然，復(fù)合材料也不是萬能的。波音和空客通過循序漸進(jìn)的方法擴(kuò)大了復(fù)合材料在大型民用飛機(jī)上的使用范圍，同時(shí)還兼顧了金屬結(jié)構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料并不適用于飛機(jī)所有零部件的制造，其優(yōu)勢取決于部件所承受的載荷、應(yīng)力類型以及部件的位置?？湛腿栽诶^續(xù)開發(fā)先進(jìn)的超輕型合金。

　?。ㄞD(zhuǎn)自：中國碳纖維網(wǎng)）