關(guān)于航空復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的回顧及展望論文

　　在學(xué)習(xí)和工作的日常里，大家都不可避免地要接觸到論文吧，通過論文寫作可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。相信很多朋友都對(duì)寫論文感到非�？鄲腊�，下面是小編為大家整理的航空復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的回顧及展望論文，僅供參考，大家一起來看看吧。

　　航空復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的回顧及展望論文 篇1

　　復(fù)合材料自研發(fā)以來，被廣泛地運(yùn)用于航空工業(yè)中，例如在民用航天領(lǐng)域上，飛機(jī)的大部分都是采用復(fù)合材料，在航天飛行器的許多零件也是由復(fù)合材料構(gòu)成的，導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭等的應(yīng)用更是普遍，由此可見復(fù)合材料對(duì)航空工業(yè)的重要性。但是我國(guó)目前在復(fù)合材料的技術(shù)方面還不太成熟，所以我們要在前人的基礎(chǔ)上不斷探求發(fā)展之路。

　　1 復(fù)合材料的發(fā)展歷程

　　我國(guó)在1958 年開始使用復(fù)合材料，初期便運(yùn)用于航天工業(yè)。之后，我國(guó)的復(fù)合材料發(fā)展迅速，復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。一開始，復(fù)合材料主要用在飛機(jī)的雷達(dá)罩、副油箱等，但當(dāng)時(shí)采用的是玻璃鋼纖維，由于玻璃鋼纖維的彈性很小，不能運(yùn)用于飛機(jī)受力大的部位，后來便出現(xiàn)了硼纖維，但硼纖維因?yàn)椴荒鼙婚L(zhǎng)時(shí)間加工，所以只能用在飛機(jī)修理方面，綜合各方面因素，碳纖維成了飛機(jī)上主要使用的復(fù)合材料�，F(xiàn)如今，復(fù)合材料憑借著它抗腐蝕性好、成本低、使用時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在飛機(jī)的各個(gè)方面。50 多年過去了，我國(guó)的復(fù)合材料技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)建立的航空航天材料基本體系可以滿足我國(guó)目前航空航天需求，復(fù)合材料的生產(chǎn)能力和協(xié)作配套網(wǎng)絡(luò)，也使得我國(guó)的航天工業(yè)處于穩(wěn)定發(fā)展階段，形成復(fù)合材料的所用的原材料也基本上是自產(chǎn)自銷。雖然這樣，我們?cè)谀承└咚�平研究上人與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大的差距，優(yōu)質(zhì)的碳纖維和其他高水平的復(fù)合材料大多數(shù)是從其他國(guó)家買進(jìn)的，這極大地限制了我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展。所以目前我們不僅要增加復(fù)合材料的產(chǎn)量而且還得提高它的質(zhì)量，只有復(fù)合材料的技術(shù)提高，我國(guó)的航天工業(yè)才會(huì)更迅速地發(fā)展起來。

　　2 復(fù)合材料的應(yīng)用

　　2.1 復(fù)合材料在軍事方面的應(yīng)用

　　復(fù)合材料在一問世時(shí)，就被應(yīng)用在軍事飛機(jī)上，復(fù)合材料的使用使軍機(jī)更加輕便，可攜帶更多的炸彈。隨著時(shí)代的發(fā)展，復(fù)合材料在軍機(jī)上所占比重越來越大，所承擔(dān)的任務(wù)越來越重要。復(fù)合材料不僅僅用在戰(zhàn)機(jī)上面，在直升機(jī)上也廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料使得直升機(jī)的重量減輕，在起飛時(shí)節(jié)省時(shí)間，同時(shí)復(fù)合材料的應(yīng)用還可以減少直升飛機(jī)的墜毀概率，保障了戰(zhàn)士們的安全。近幾年，無人機(jī)的問世也掀起了一陣熱潮，無人機(jī)的主要作用是攜帶武器，作為戰(zhàn)斗武器來使用，這就要求無人機(jī)在體積一定的情況下盡可能多的裝備武器，復(fù)合材料使這個(gè)設(shè)想成為可能。RQ-4B 高空長(zhǎng)時(shí)間無人偵察機(jī)，除機(jī)身主結(jié)構(gòu)為鋁合金外，剩下的都是復(fù)合材料構(gòu)成的。軍事中不僅僅有戰(zhàn)斗還有物資需求，采用復(fù)合材料制造出來的大型貨運(yùn)機(jī)可以攜帶大量的軍需物資，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮巨大作用。

　　2.2 復(fù)合材料在民用方面的應(yīng)用

　　現(xiàn)在復(fù)合材料漸漸應(yīng)用于民用飛機(jī)上。由于民用飛機(jī)與戰(zhàn)機(jī)不同，民用飛機(jī)載人數(shù)量多、重量大，所以這就要求飛機(jī)的結(jié)構(gòu)牢固。在初期，復(fù)合材料只用在一些輔助性的結(jié)構(gòu)上，比如我們所熟知的波音號(hào)飛機(jī)，在前幾個(gè)型號(hào)上，復(fù)合材料的應(yīng)用不足10%，而后來隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷精進(jìn)，幾年之后波音787 上的復(fù)合材料竟然占到機(jī)身總重量的`一半并且廣泛應(yīng)用在主要受力結(jié)構(gòu)上。復(fù)合材料在民用飛機(jī)上大范圍使用這是民用飛機(jī)史上的一次重大改變，復(fù)合材料讓飛機(jī)更加輕便，強(qiáng)度更高，使用年限更久同時(shí)也使飛機(jī)的安全性得到了保障，復(fù)合材料的還使得飛機(jī)的成本下降，所以，復(fù)合材料在民用航空的前景必然十分光明。

　　2.3 復(fù)合材料在航天的應(yīng)用

　　當(dāng)航天技術(shù)開始研究時(shí)，科學(xué)家們就提出必須要用先進(jìn)的、輕便的、耐用的材料來制作。航天飛機(jī)最主要的任務(wù)就是以最低的成本，用可持續(xù)利用的飛行器，把盡可能大的有效載荷送上太空中。那時(shí)候人們就開始研制高科技材料，經(jīng)過不斷的試驗(yàn)和技術(shù)的提高，人們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料不僅具有高比強(qiáng)度、高比剛度和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，某些復(fù)合材料還有可以焊接、耐腐蝕等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)都非常符合航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料要求尤其適用于軌道器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中。在航天飛機(jī)上，它的推力結(jié)構(gòu)用的是硼/環(huán)氧、鋁/硼和石墨/環(huán)氧等復(fù)合材料，在環(huán)形框架、大梁、衍條、蒙皮橫梁、連接件中也采用了大量的復(fù)合材料，儲(chǔ)箱的襯桶上用玻璃纖維圍繞著，外殼用玻璃纖維和蜂窩纖維包裹，航天飛機(jī)上復(fù)合材料的用量高達(dá)190 多公斤。

　　3 復(fù)合材料技術(shù)未來的發(fā)展

　　復(fù)合材料的發(fā)展歷史和在航天工業(yè)的應(yīng)用我們已經(jīng)有所了解，復(fù)合材料的重要性已經(jīng)不言而喻，所以復(fù)合材料的前景是十分光明的但是到目前為止，復(fù)合材料還沒有被普遍地使用，究其根由有這幾方面：第一是復(fù)合材料的造價(jià)太貴，這并不是說復(fù)合材料的成本高，它的成本是低于一般材料的，但由于技術(shù)的不成熟和原料的不充裕，綜合下來它的造價(jià)是非常高的。第二是國(guó)內(nèi)的復(fù)合材料原材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)非常差。第三是因?yàn)槲覈?guó)的理論知識(shí)非常落后。由于歷史原因，我國(guó)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較遲發(fā)展較為緩慢，復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也比較晚，這些原因?qū)е碌氖俏覈?guó)的復(fù)合材料技術(shù)很不完善。在航天工業(yè)中，我國(guó)許多復(fù)合材料依賴進(jìn)口，本國(guó)并不能生產(chǎn)，所以我們面臨的主要問題是如何大力發(fā)展我們的技術(shù)，不再一味的向其他國(guó)際買進(jìn)，形成我們自己的特色產(chǎn)品。

　　作者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個(gè)方面改進(jìn)：(1) 對(duì)航空航天與民用領(lǐng)域中廣泛采用的材料例如各種先進(jìn)復(fù)合材料及一些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行精加工，進(jìn)一步研制，使它們的成本下降，可以廣泛用在各個(gè)領(lǐng)域。(2)加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料原材料的改進(jìn)。(3)利用發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，減少了材料的浪費(fèi)，達(dá)到省時(shí)省力保證質(zhì)量和降低成本的目的。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)的復(fù)合材料技術(shù)在起步時(shí)就已經(jīng)落后于其他國(guó)家，當(dāng)復(fù)合材料的重要性越來越明顯，應(yīng)用前景越來越廣泛時(shí)，我們不能再落后，國(guó)家應(yīng)大力扶持復(fù)合材料在航天工業(yè)中的研究項(xiàng)目，在新世紀(jì)我國(guó)的航天工業(yè)會(huì)隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展逐漸壯大，屹立于世界不敗之地。

　　航空復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的回顧及展望論文 篇2

　　中國(guó)航空?qǐng)?bào)訊：隨著人們對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化、制造自動(dòng)化、設(shè)計(jì)多樣化、能耗低碳化、廢料可回收等需求地不斷增加，復(fù)合材料正越來越多地進(jìn)入制造業(yè)，在推進(jìn)工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，也逐步在多樣化的工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用，引領(lǐng)材料市場(chǎng)蓬勃發(fā)展。航空作為先進(jìn)復(fù)合材料用量最大工業(yè)領(lǐng)域，在復(fù)合材料的研發(fā)、制造技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用等方面，都起到了核心推動(dòng)作用。雖然2019年隨著波音737MAX系列停飛、停產(chǎn)，全球航空制造業(yè)供應(yīng)鏈陷入了混亂和停滯。不過，全球航空制造業(yè)正在進(jìn)行和即將到來的新項(xiàng)目，預(yù)示著復(fù)合材料在未來10年內(nèi)的使用仍將保持持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

　　GNK 公司制造A350 飛機(jī)。

　　全球碳纖維復(fù)合材料的需求將繼續(xù)增長(zhǎng)

　　由美國(guó)復(fù)合材料世界網(wǎng)站舉辦的年度碳纖維大會(huì)于2019年底在美國(guó)田納西州諾克斯維爾舉行。美國(guó)知名咨詢機(jī)構(gòu)AJR公司分享了2019年碳纖維復(fù)合材料方面的相關(guān)數(shù)據(jù)：2019年， 全球碳纖維產(chǎn)品的總產(chǎn)能約為161200噸，全球碳纖維總需求為123300噸， 其中約85000噸來自工業(yè)領(lǐng)域，包括風(fēng)電能源、汽車、壓力容器和基礎(chǔ)設(shè)施。其中日本東麗公司以57000噸的年產(chǎn)能在碳纖維供應(yīng)鏈中獨(dú)占鰲頭，相當(dāng)于排名第2至第5位廠商總產(chǎn)能之和。到2020年底，全球知名廠商碳纖維產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到約172000噸。

　　未來風(fēng)電能源（2025年為27300噸）、交通運(yùn)輸（2025年為22750噸）、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（2025年為20800噸） 和壓力容器（2025年為19500噸）對(duì)碳纖維的需求最有可能實(shí)現(xiàn)快速增加。預(yù)計(jì)到2025年，航空終端市場(chǎng)將需要30000噸的先進(jìn)碳纖維，其中15500噸將用于商用飛機(jī)。其余將用于內(nèi)飾、國(guó)防、公務(wù)機(jī)、通用航空、發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼飛機(jī)、無人飛機(jī)和彈藥。

　　空客A220 機(jī)翼正在北愛爾蘭的貝爾法斯特工廠進(jìn)行制造。

　　航空制造業(yè)對(duì)于復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的影響較大

　　1、737MAX事件對(duì)復(fù)合材料供應(yīng)鏈產(chǎn)生不確定性影響

　　2019年全球航空制造業(yè)最大的負(fù)面事件來自于波音737MAX。災(zāi)難發(fā)生后，波音傾注了大量資源試圖修正錯(cuò)誤，但737MAX重新進(jìn)行適航認(rèn)證的時(shí)間超出預(yù)期，直接導(dǎo)致2020年1月該機(jī)型正式暫停生產(chǎn)，間接導(dǎo)致波音主要生產(chǎn)商斯普利特航空系統(tǒng)公司將737MAX項(xiàng)目中的員工進(jìn)行調(diào)整和裁員。

　　生產(chǎn)進(jìn)度的擱淺在整個(gè)航空制造業(yè)中產(chǎn)生了嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)，對(duì)復(fù)合材料行業(yè)也帶來了直接影響。波音的“新型中型客機(jī)”（NMA）計(jì)劃延遲。根據(jù)最初的計(jì)劃，波音本應(yīng)在2019年巴黎航展中正式宣布NMA計(jì)劃，并于2025年前后交付使用。但737MAX事件的發(fā)生，加之波音公司在777X發(fā)動(dòng)機(jī)上遇到問題，顯然波音難以啟動(dòng)新項(xiàng)目并傾注大量資源。除了波音自身的問題外，空客的適時(shí)出現(xiàn)也使得NMA計(jì)劃的市場(chǎng)前景變得更加復(fù)雜， 空客公司在2019年巴黎航展中公布了新機(jī)型A321XLR，可見A321XLR是一款專門與NMA展開市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)型。它們唯一的區(qū)別在于，一款是單通道機(jī)型，另一款則為雙通道。無論如何，NMA原本計(jì)劃獨(dú)占的細(xì)分市場(chǎng)份額，都將面臨強(qiáng)勁對(duì)手的瓜分。

　　NMA計(jì)劃之所以重要，是因?yàn)樗�代表了即將到來的全新飛機(jī)設(shè)計(jì)理念，它有望像波音787、777X和空客A350一樣，配備由先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料制成的主要結(jié)構(gòu)。此外，不止是NMA，從更長(zhǎng)遠(yuǎn)看，波音737和空客A320等單通道飛機(jī)有望被改進(jìn)或替代，這兩款機(jī)型目前都已經(jīng)具備轉(zhuǎn)化應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料部件的成熟條件， 假如波音和空客為單通道飛機(jī)建造和更換復(fù)合材料部件的速度能夠與生產(chǎn)單通道飛機(jī)的速度相匹配——大約是每月100架，那么航空復(fù)合材料制造業(yè)有望迎來產(chǎn)能的巨大提升。如果兩家公司在未來幾年內(nèi)宣布相關(guān)計(jì)劃， 預(yù)計(jì)在2028~2030年左右，大面積應(yīng)用復(fù)合材料單通道飛機(jī)可能正式投入運(yùn)營(yíng)。

　　不過，737MAX的擱淺仍然帶來了時(shí)間上的不確定性。波音有可能決定加速737系列飛機(jī)的替代升級(jí)計(jì)劃， 比原計(jì)劃更早地開展復(fù)合材料裝機(jī)替代工作。這樣的決定有可能也會(huì)促使空客提前作出升級(jí)A320系列的決定， 開發(fā)下一款全新的飛機(jī)。簡(jiǎn)而言之， 只要737MAX持續(xù)停產(chǎn)停運(yùn)，整個(gè)航空制造業(yè)供應(yīng)鏈的不確定性就會(huì)一直存在，航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈也將直接受到影響。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，無論事態(tài)如何發(fā)展，復(fù)合材料和相關(guān)制造技術(shù)仍然是未來10年航空制造業(yè)內(nèi)一致看好并重點(diǎn)發(fā)展的方向。

　　以色列Eviation 的Alice 是一款全復(fù)合材料、全電動(dòng)9 座飛機(jī)。

　　2、擺脫熱壓罐將是未來航空制造業(yè)提升效率的關(guān)鍵

　　無論是NMA計(jì)劃，還是未來單通道飛機(jī)更替，目前存在著尚未解決的實(shí)質(zhì)性問題。首要的問題就是在未來新飛機(jī)中是否需要使用并且確定在哪些部位使用復(fù)合材料。對(duì)于雙通道的NMA，考慮到波音787、777X和空客A350系列供應(yīng)鏈和制造工藝流程已經(jīng)非常成熟，幾乎可以確定會(huì)大量應(yīng)用復(fù)合材料。此外，與傳統(tǒng)的鋁合金結(jié)構(gòu)相比，航空公司非常愿意接受耐用性更好、燃油經(jīng)濟(jì)性更佳、更易于維護(hù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，這樣的事實(shí)更加堅(jiān)定了制造業(yè)在大型航空結(jié)構(gòu)件中繼續(xù)使用復(fù)合材料的決心。

　　現(xiàn)有的材料和工藝組合，以熱壓罐固化的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料為主，主要通過自動(dòng)纖維鋪放/纖維帶鋪放（AFP/ATL）或手工完成鋪設(shè)。不過，適用于波音787和空客A350的材料與工藝開發(fā)于本世紀(jì)初期，已經(jīng)相對(duì)老舊。盡管如此，相對(duì)成熟并經(jīng)過長(zhǎng)期驗(yàn)證的材料與工藝組合，仍然比還在開發(fā)和認(rèn)證中的新材料、新工藝更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)于NMA來說，一方面， 由于有737MAX應(yīng)用新技術(shù)不謹(jǐn)慎的'前車之鑒，波音公司應(yīng)該不希望投入資源開發(fā)過多的新材料和新工藝；另一方面，由于NMA的制造速度可能與波音787（12架/月）和空客A350（10架/月）類似，因此波音公司在開發(fā)和驗(yàn)證新材料工藝組合方面壓力不小。所以，現(xiàn)有的成熟技術(shù)方案更有可能在NMA中勝出。那么既然大型結(jié)構(gòu)件對(duì)碳纖維復(fù)合材料推崇備至， 具體使用哪種材料就成為業(yè)內(nèi)需要解決的問題。

　　不過，上述的推斷很可能會(huì)受到單通道客機(jī)替代計(jì)劃影響。波音和空客目前的單通道飛機(jī)737和A320仍然是航空制造業(yè)中最成熟的產(chǎn)品。如果選擇大量使用復(fù)合材料生產(chǎn)這兩種機(jī)型，那么以目前的熱壓罐固化技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)以100架/月的速度為飛機(jī)制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及零部件，顯然是不可行的。因此，開發(fā)新型單通道飛機(jī)幾乎肯定會(huì)采用非熱壓罐的材料與工藝組合，進(jìn)而大大縮短零部件的制造時(shí)間。

　　過去的兩年間，一些新技術(shù)已經(jīng)脫穎而出，可以肯定的是它們將在下一代的飛機(jī)制造中廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)將包括熱塑性復(fù)合材料、樹脂灌注成型和樹脂傳遞模塑（RTM）等。波音和空客都通過各類研發(fā)計(jì)劃開發(fā)和測(cè)試上述技術(shù)，力求將技術(shù)成熟度逐步提升，并計(jì)劃最晚于2025年前實(shí)現(xiàn)商用部署。

　　優(yōu)步公司自行研制的eVLOT

　　空客正通過聯(lián)合多家公司以及開啟一些備受矚目的研究計(jì)劃尋找航空制造業(yè)創(chuàng)新的解決方案，其中最引人注目的是“明日之翼”計(jì)劃。該計(jì)劃的目標(biāo)是開發(fā)一種高生產(chǎn)率的商用飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)制造方法，這種方法要比目前的機(jī)翼制造技術(shù)在所有可衡量的性能指標(biāo)方面都實(shí)現(xiàn)成數(shù)量級(jí)的提升。該項(xiàng)目由GKN航宇公司、英國(guó)國(guó)家復(fù)合材料中心（NCC）、諾格公司、斯普利特航空系統(tǒng)公司和索爾維復(fù)合材料公司為核心共同推進(jìn)。目前，該計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段，正在評(píng)估使用RTM制造機(jī)翼蒙皮、翼梁、翼肋和中央翼盒的效果。GKN在2019年巴黎航展中宣布已經(jīng)為“明日之翼”計(jì)劃生產(chǎn)了演示驗(yàn)證件，此后又在10月宣布交付縮比驗(yàn)證件制造工具�！懊魅罩�翼”計(jì)劃的推出意味著在未來機(jī)翼制造過程中能夠?qū)崿F(xiàn)更好的自動(dòng)化、更少的零件使用、更短的制造周期、更快的結(jié)構(gòu)檢測(cè)以及更快的工裝速度。

　　對(duì)于航空制造業(yè)來說，機(jī)翼結(jié)構(gòu)樹脂灌注工藝并不是一項(xiàng)新技術(shù)，目前已經(jīng)有兩款商用飛機(jī)使用了這種制造方法：空客A220和伊爾庫(kù)特MS- 21，均為單通道飛機(jī)。A220前身是由龐巴迪公司開發(fā)的C系列公務(wù)機(jī)，于2018年出售給空客公司。該機(jī)的樹脂灌注機(jī)翼由龐巴迪公司位于北愛爾蘭貝爾法斯特的工廠制造（龐巴迪公司于2019年10月將該工廠業(yè)務(wù)出售給斯普利特航空系統(tǒng)公司，收購(gòu)正在進(jìn)行中）。俄羅斯聯(lián)合飛機(jī)公司正在為俄羅斯市場(chǎng)生產(chǎn)MS-21。其機(jī)翼由俄羅斯航空復(fù)合材料公司制造，使用的是索爾維公司提供的單組分樹脂體系。空客A220和MS-21的例證表明，樹脂灌注成型對(duì)商用飛機(jī)而言是可行的， 但是這兩款飛機(jī)的樹脂灌注速度都相對(duì)較慢。該技術(shù)必須進(jìn)一步成熟到可以滿足高速率制造的要求。樹脂灌注成型主要應(yīng)用對(duì)象是機(jī)翼。

　　由于單通道飛機(jī)機(jī)身厚度比雙通道飛機(jī)薄，因此多年來，航空制造業(yè)一直難以判斷復(fù)合材料是否適用于單通道飛機(jī)的機(jī)身。如果使用現(xiàn)有的復(fù)合材料和工藝制造更薄的蒙皮，機(jī)身的成本和重量均難以承受。因此，找到一種能夠提供輕薄機(jī)身且成本恰當(dāng)?shù)膹?fù)合材料及工藝組合，是單通道飛機(jī)應(yīng)用復(fù)合材料機(jī)身所面臨的最大挑戰(zhàn)。熱塑性復(fù)合材料則瞄準(zhǔn)機(jī)身結(jié)構(gòu)作為主要應(yīng)用對(duì)象。

　　在歐洲，這項(xiàng)工作正通過“潔凈天空2”計(jì)劃中的“下一代多功能機(jī)身驗(yàn)證”（MFFD）項(xiàng)目進(jìn)行推進(jìn)。該項(xiàng)目旨在最大限度地減少結(jié)構(gòu)緊固件應(yīng)用，增加機(jī)身、系統(tǒng)、貨艙、機(jī)艙的一體性和集成度。熱塑性復(fù)合材料可以通過焊接工藝滿足上述要求。GKN Fokker公司是開發(fā)熱塑性航空結(jié)構(gòu)最活躍的公司之一，它們?cè)?019年JEC復(fù)合材料展覽中展示了為灣流航空公司制造的熱塑性復(fù)合材料機(jī)身面板。該面板具有互連的網(wǎng)狀焊接結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了MFFD項(xiàng)目中所設(shè)想的多功能性。這表明該技術(shù)正逐步邁向成熟，有望在單通道商用飛機(jī)中應(yīng)用。

　　特別是波音公司正努力將尺寸不大的結(jié)構(gòu)部件（支架、夾具、緊固件等） 由熱固性復(fù)合材料轉(zhuǎn)化為使用熱塑性復(fù)合材料。專門從事連續(xù)壓制成型的熱塑性復(fù)合材料專家ATC制造公司， 正在領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作。除了機(jī)身，熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)在現(xiàn)役飛機(jī)其他結(jié)構(gòu)中取得重要應(yīng)用進(jìn)展。

　　來自英國(guó)的樹脂制造商Victrex推出了一款名為PAEK AE250的低熔點(diǎn)聚芳醚酮（PAEK）樹脂，可在生產(chǎn)線中預(yù)浸碳纖維帶和層壓板，在復(fù)合材料行業(yè)中引起轟動(dòng)。目前航空制造業(yè)中廣泛使用的熱塑性復(fù)合材料主要樹脂成分為聚醚醚酮（PEEK），其熔融溫度為350℃，而PAEK的熔融溫度僅為305℃，對(duì)于熱塑性復(fù)合材料來說，降低基體的熔融溫度意味著可加快材料的加熱/冷卻周期，縮短循環(huán)時(shí)間，提高制造效率。利用這種溫度的差距，可實(shí)現(xiàn)在PAEK層壓板上注塑成型PEEK基結(jié)構(gòu)，如肋條、固定夾等。索爾維公司于2019年9月宣布擴(kuò)大其在美國(guó)加利福尼亞州阿納海姆工廠的產(chǎn)能。該工廠主要生產(chǎn)用于PEEK、PEKK或PAEK樹脂預(yù)浸的碳纖維單向帶。自2016年以來，不斷地?cái)U(kuò)建和工藝流程的持續(xù)優(yōu)化，已經(jīng)使該工廠的產(chǎn)能提升了4倍。在熱塑性復(fù)合材料的原材料方面，歐洲也取得了最新進(jìn)展。

　　3、傳統(tǒng)的熱固性復(fù)合材料仍有發(fā)展空間

　　盡管熱塑性復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展熱度持續(xù)升溫，但熱固性復(fù)合材料目前仍然是生產(chǎn)大尺寸 機(jī)身面板的主力軍。斯普利特航空系統(tǒng)公司在2019年的巴黎航展中推出了其最新研發(fā)用于單通道飛機(jī)的ASTRA（先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)和革命性結(jié)構(gòu)）機(jī)身面板。為開發(fā)這款面板， 斯普利特公司研發(fā)了一種名為“薄板桁條技術(shù)”的新機(jī)身設(shè)計(jì)。斯普利特公司表示，與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方法相比，ASTRA可以節(jié)省30%的成本， 并且可滿足每月60件的出貨速度。通過物理性能詳細(xì)測(cè)試，ASTRA機(jī)身滿足了對(duì)單通道飛機(jī)的所有強(qiáng)度和剛度要求。與斯普利特類似，雖然尺寸較小， 西班牙MTorres公司在巴黎航展上展出了另外一種肋條增強(qiáng)“網(wǎng)格/蒙皮結(jié)構(gòu)”。該結(jié)構(gòu)是通過樹脂浸漬干碳纖維制成的。一旦在工裝中制造了肋條， 就可以通過AFP/ATL工藝在其上鋪放蒙皮結(jié)構(gòu)，然后再將結(jié)構(gòu)整體固化。

　　新興航空市場(chǎng)發(fā)展有助于復(fù)合材料行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)

　　航空制造業(yè)在未來20年對(duì)于新飛機(jī)的需求量仍然是較大的，不僅如此， 一些新興航空市場(chǎng)的出現(xiàn)，也對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用明顯。

　　1、超聲速飛機(jī)“歸來”，先進(jìn)復(fù)合材料是應(yīng)用關(guān)鍵

　　超聲速飛機(jī)雖然一直不是主流， 但在全球商用航空市場(chǎng)中仍占據(jù)冰山一角。現(xiàn)在有幾家公司正試圖恢復(fù)超聲速飛機(jī)往日的榮光，其中，美國(guó)Boom航宇公司正在研發(fā)全復(fù)合材料的超聲速飛機(jī)，命名為“序幕”（Overture）。Boom公司在2019年的巴黎航展中表示，Boom即將完成XB-1原型機(jī)的研發(fā)工作，該機(jī)是“序幕”的縮比驗(yàn)證機(jī)，將于2020年夏天正式推出�！靶蚰弧钡淖罡邥r(shí)速為2.2馬赫，巡航高度為60000英尺（約19354米），僅需7個(gè)小時(shí)即可將運(yùn)送55~75名旅客從悉尼飛抵洛杉磯，從華盛頓特區(qū)飛往倫敦僅需3.5小時(shí)。另外，“序幕”將使用普羅米修斯燃料公司提供的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)——利用可再生資源產(chǎn)生的電能將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為飛機(jī)燃料，從而使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)零碳排放超聲速飛行。

　　超聲速飛機(jī)的歸來，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了新的要求：除了繼續(xù)追求輕量化外，對(duì)于結(jié)構(gòu)尖端邊緣部位的熱防護(hù)也尤其關(guān)鍵，先進(jìn)復(fù)合材料也是超聲速飛機(jī)能否完美“歸來”的關(guān)鍵。

　　2、航空電氣時(shí)代到來，先進(jìn)復(fù)合材料是核心技術(shù)

　　城市空中交通（UAM）作為新興航空市場(chǎng)的潛力正在被逐步挖掘，雖然整體規(guī)模不大，但這一領(lǐng)域在2019年仍明顯展現(xiàn)了增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。UAM包括各種小型飛機(jī)（可容納4~10名乘客）， 飛機(jī)的工作范圍有所不同，具體取決于飛行器的大小及其推進(jìn)系統(tǒng)，其目標(biāo)是在城市內(nèi)或城市間運(yùn)送人員或物資。優(yōu)步公司正在自行研發(fā)的電動(dòng)垂直起降飛機(jī)（eVTOL）最大續(xù)航里程僅為60英里（96千米）�？紤]到對(duì)結(jié)構(gòu)重量對(duì)電池電量影響，在eVTOL中使用輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為剛需。因此， 超過150家eVTOL的開發(fā)商正在大力投資和招募復(fù)合材料工程人才。這一領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)是，eVTOL市場(chǎng)很可能需要建立與商用航空市場(chǎng)同等嚴(yán)格的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，但同時(shí)產(chǎn)品定位上又要求取得更高產(chǎn)量，逐步延伸至汽車領(lǐng)域。在這種需求的驅(qū)動(dòng)下，人們追求復(fù)合材料制造流程的自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升、成本降低、質(zhì)量提高并達(dá)到產(chǎn)品合格率要求。盡管發(fā)展迅速，但在eVTOL投入運(yùn)營(yíng)前，仍有許多工作要做：包括產(chǎn)品認(rèn)證、空域管理、安全標(biāo)準(zhǔn)、起降位置等還有待制訂和確定。首批eVTOL可能要到2024~2025年前后才被允許投入運(yùn)營(yíng)。

　　除eVTOL外，UAM領(lǐng)域內(nèi)另一種將極大消耗復(fù)合材料的產(chǎn)品是全電動(dòng)商用飛機(jī)。2019年巴黎航展中展出了Alice，是由以色列Eviation公司開發(fā)的全電動(dòng)、全復(fù)合材料飛機(jī)。Alice是一款9座的支線客機(jī)，其巡航速度約為445千米/時(shí)，續(xù)航里程為1000千米。公司預(yù)計(jì)將于2020年底或2021年初獲得認(rèn)證。

　　Alice的誕生預(yù)示著商用航空運(yùn)輸?shù)囊粋�(gè)新興領(lǐng)域——全電動(dòng)支線運(yùn)輸機(jī)時(shí)代即將到來。eVTOL和電動(dòng)飛機(jī)（混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)）的發(fā)展，不僅是能源系統(tǒng)的一次革命，同時(shí)也是對(duì)飛行器布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。從現(xiàn)有的發(fā)展趨勢(shì)判斷，先進(jìn)復(fù)合材料無疑是主要結(jié)構(gòu)用材的“種子選手”，是航空電氣時(shí)代的核心技術(shù)之一。

　　作為21世紀(jì)第三個(gè)10年的開局， 復(fù)合材料行業(yè)在經(jīng)過了產(chǎn)業(yè)調(diào)整和行業(yè)洗牌后，即將開啟全新篇章。由航空航天帶動(dòng)發(fā)展的先進(jìn)復(fù)合材料，已經(jīng)逐步向汽車、風(fēng)電能源、船舶甚至軌道運(yùn)輸行業(yè)輻射，中低端復(fù)合材料也將在醫(yī)療器械、文娛體育等民用產(chǎn)品中取得廣泛應(yīng)用，釋放產(chǎn)能過剩的壓力�？傮w來看，未來10年，復(fù)合材料將呈現(xiàn)性能不斷突破、應(yīng)用全面普及的多元化發(fā)展態(tài)勢(shì)，成為推動(dòng)材料科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步主要?jiǎng)幽堋?/p>

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