都禹辰（黑龙江省大庆实验中学，黑龙江 大庆 163316）

浅析先进复合材料与航空航天

都禹辰（黑龙江省大庆实验中学，黑龙江 大庆 163316）

近几年我国航空航天事业发展迅猛，取得了很大成绩，在这成功的背后先进复合材料功不可没。本文从先进复合材料是航空航天的重要物质基础与先导技术入手，指出了它具有可设计性、多功能性和发展性等优点，同时分析了先进复合材料在航空航天中的应用优点，最后提出了我国先进复合材料可持续研发与应用中急需解决的问题。

先进复合材料；航空航天；低成本

1 先进复合材料是航空航天的重要物质基础与先导技术

1.1 先进复合材料已成为四大类材料之一

由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的这种新型材料被称作复合材料，它与金属材料、无机非金属材料、高分子材料被称为四大材料。复合材料通过对多种原材料进行重新加工与组合之后形成的材料不仅具有原材料本身的特点，同时使得各种材料之间优缺点进行互补有了更强的性能，因此它比普通的材料更高级，性能更优越，应用更广泛。

1.2 先进复合材料的优越性

先进复合材料公认的优点有高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计等。与传统材料相比,复合材料具有以下特点:

1.2.1 可设计性和各向异性。

一般来说，不同的环境、不同的条件对所使用的材料而要求是不一样的，因此要根据具体需求来选择材料。如果我们选用普通材料的话，一般想要达到这样的效果难度是相当大的，但这一点复合材料却很容易就能做到。通常的做法是按照需求选择具有相对应特点的普通材料，然后将这些普通材料进行加工，从而使他们达到我们所需要的性能。复合材料具有各向异性，因此在一定程度上我们可以通过他的这种功能来节省材料，从而使材料的利用率达到最大。

1.2.2 材料与结构一体化。

我们之前在做复合材料构件时，都是先将复合材料进行加工，加工完成后才能够形成复合材料构件，而现在有了复合材料，我们就不再需要这么麻烦，因为两者可以同时形成，这样不仅使得我们得到的东西是一个完整的整体，还缩短了制作时间。

1.2.3 复合效应。

复合材料不是简单地将几种材料进行混合加工就可以了，而是要对预期的性能进行分析，同时分析哪些材料具有这些性能，从而将具有这些性能的材料进行加工，这样通过复合效应加工出来的材料才是能够达到我们使用要求的材料。

1.3 先进复合材料已发展成为航空航天结构的基本材料

将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重20%～30%,这是其他先进技术很难达到的效果。美国NASA的Lang⁃ley研究中心在航空航天用先进复合材料发展报告中指出,各种先进技术的应用可以使亚音速运输机获得51%的减重(相对于起飞重量)效益,其中,气动设计与优化技术减重416%,复合材料机翼机身和气动剪裁技术减重2413%,发动机系统和热结构设计减重13.1%,先进导航与飞行控制系统减重9%,说明了先进复合材料的应用减重最明显。

在航空材料的使用上，我们更强调的是其性能和可靠性，而经研究发现先进复合材料不仅可以减重，同时可以使飞机结构的其他性能在一定程度上得到提高。

2 我国先进复合材料可持续研发与应用中急需解决的问题

2.1 国产碳纤维

我们都知道碳纤维有很强的稳固性，是重要的增强材料，但是就我国目前关于碳纤维的研发和生产情况来看，存在的问题还不小，主要表现在：原丝质量差、生产规模小、质量不高但是价格高以及研究力度不够等。而我国对复合材料的需求比较大，因此要尽快解决这些问题，加强在这一方面的能力，制造出比较优质的碳纤维。

2.2 低成本复合材料技术

目前来说我国复合材料的成本还是太高。举例来说研制机翼，碳纤维树脂基复合材料每千克成本价为9600元,其中碳纤维约为1000元,树脂约为300元,纤维和基体的成本在总成本中占有份额小于15%,设计成本小于5%,而制造成本却高达80%。这样高成本的制造，使得很多商家不愿意从事这一行业，而要想降低制造成本，我们可以要对制造过程进行优化处理，对工艺的要求也要提高，避免因浪费等因素影响制造成本。此外，我们可以使用机器，因为相对于人工来说，使用机械操作不仅在一定程度减少了制造成本，同时提高了制造效率，但是目前我国在这一方面的资源还比较匮乏，因此引进国外先进设备是有必要的。

2.3 先进复合材料及结构的设计理论与方法

在复合材料的设计过程中设计师起着至关重要的作用。要想设计出符合要求的复合材料，首先要有正确的设计理念，设计师只有深刻理解了设计理念，接下来要考虑的才是设计师的专业技能问题，他的知识技能与储备是否能够满足设计的需求。复合材料的设计是一个复杂的过程，它涉及很多方面的问题，包括：设计准则、设计数据是否精准，这些都是需要设计师考虑的问题。同时还应考虑它的成本、性能、周期等问题。因此在复合材料的设计过程中要要个按照规范来操作。

结论：从文中我们知道了先进复合材料对航空航天的重要性，因此我国从现在开始抓紧复合材料的研究还为时不晚，这样不但可以解决我国航空航天当中的问题，同时可以缩小我国航空航天水平与世界先进水平之间的差距。所以从现在开始要加大碳纤维的研究力度，同时加强复合材料设计方面的技术及工艺中的问题，这样我国的航天航空技术才能更上一个台阶。

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