航空材料的新宠复合材料(2)

　　美国空军F-117隐身战斗机采用碳纤维增强环氧复合材料做成骨架和外面的蒙皮，没有金属表面，也没有金属铆钉反射雷达波；美国1989年首飞的隐身轰炸机B-2，复合材料占结构用量的50%；F-22基本构型没有采用特殊的外形隐身措施，没有过多牺牲机动性，而它传奇般的隐身性能主要是通过复合材料和隐身涂料完成的。而F-35中应用复合材料已占到结构质量的30%～35%；“旅游者号”（Voyager）全复合材料飞机于1986年创下了不加油、不着陆连续环球飞行9天，航程40 252千米的世界纪录，其碳纤维结构用量大于90%，飞机的结构重量只有453 千克，载油量3吨。
　　军用飞机中复合材料结构件的成功应用，给民用飞机的材料选择带来了巨大的影响，波音、空客等干线客机中复合材料在结构材料中的应用比例也越来越高。空客A380是550座级超大型宽体客机，整机采用了较多的复合材料（23%），大大减轻了飞机重量，减少了油耗和排放，降低了营运成本。波音787“梦想”飞机则是200座～300座级飞机，航程随具体型号不同可覆盖6 500～16 000千米。它使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。波音787中复合材料的用量达50%，这可使其比目前同类飞机节省20%的燃油消耗。空客公司由于受到波音公司复合材料高用量的威胁，计划在A350飞机上将复合材料的用量再次提高到53%，以形成与波音787飞机的竞争。而倍受国人关注的国产大飞机C919复合材料的用量也将达到20%以上。复合材料在飞机上的应用经历了从次承力构件—尾翼主承力构件—机翼—机身主承力构件的发展，已成为飞机结构的主要材料。
　　
　　优异的特性
　　
　　树脂基复合材料具有许多优异性能，尤其是非常适合在航天器结构上使用。随着航天器设计要求的不断提高，复合材料及其工艺技术的发展和成熟，目前复合材料已逐步成为航天器结构的主要材料，如航天器的主承载结构、太阳电池阵列结构、天线结构及其他有关部件均广泛采用了复合材料。
　　
　　树脂基复合材料到底具有哪些优势，让它能具有如此强大的魅力呢？我们知道，普通碳钢的密度一般为7.8克/立方厘米，而玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度通常只有1.5～2.0克/立方厘米。密度比玻璃纤维更小的碳纤维和有机纤维增强树脂基复合材料的密度就更低，这个特性成就了树脂基复合材料的高比强度、比模量，使其具有优异的轻质、高强的特性。人造地球卫星的质量减轻1千克，运载它的火箭质量则可以减轻1 000千克，因此用复合材料来制造人造卫星有很大的优势。
　　二者树脂基复合材料具有非常优异的可设计性，简单地说，就是树脂基复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品的设计。如对于结构件，可以根据受力情况合理布置增强材料，节约材料、减轻质量；对于耐腐蚀性能要求的产品，选择耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料；对于介电性能、耐热性能等要求都可以通过选择合适的原材料来满足。
　　三是纤维增强的树脂基复合材料具有突出的成型工艺性，成型工艺方法众多，目前已经应用的成型工艺方法有几十种，而新的方法还在发展中，能满足各种类型制品的制造需要，尤其特别适合大型、形状复杂、数量少的制品的制造。