玻璃纖維短切氈等復合材料對航空裝備的發展具有重要意義。飛機的一半性能取決于設計,另一半取決于材料。材料的優缺點對速度、高度、射程、機動性、隱身性、使用壽命、安全可靠性、維修性等性能都產生了不容懷疑的重大影響。據統計,飛機重量的70%是由航空材料的進步造成的。飛機機身的材料結構經歷了四個發展階段,復合材料的廣泛應用使其進入第五階段。
這五個階段是:
階段(1903~1919),木材,布料結構;
第二階段(1920~1949),鋁,鋼結構;
第三階段(1950~1969),鋁,鈦,鋼結構;
第四階段(1970~二十一世紀初),鋁、鈦、鋼、復合結構(主要是鋁);
第五階段(自二十一世紀初):復合材料,鋁,鈦,鋼結構(主要是復合材料)。
使用碳纖維加固飛機的重量,減少飛機復合材料樹脂以降低燃油,減少維修費用,延長飛機的壽命有著明顯的優勢,而傳統的鋁合金材料會慢慢腐蝕,隨著時間的推移,減少飛機的安全。波音B787飛機50%復合材料維修費用保持穩定,經過幾年的服務,而傳統的鋁合金結構飛機B767飛機維修成本將顯著上升。波音公司指出,復合材料將成為“航空航天結構的未來”。
在航空領域的復合材料的發展經歷了子軸承組件-機翼水平的主要承載部件的機翼機身的主要受力部件的四個階段,逐步由小組成大的核心部件,從軍事到民用發展。在歐洲和美國,二十世紀,60年是復合材料的發展,進入應用階段70年后,復合材料在飛機中的比重逐漸增加。
1架軍用飛機
復合材料作為一種新的材料技術,在軍用飛機上得到應用。
在20世紀60年代,玻璃纖維增強復合材料首先應用于飛機整流罩、襟翼。此時,復合材料的力學性能相對較低,采用復合材料制成的飛機零件尺寸較小,受力水平較小。
20世紀60年代末,硼纖維/環氧復合材料被廣泛應用于飛機結構。例如,F-14開始應用硼纖維增強環氧樹脂復合材料的扁平的尾巴1971。
70年代中期,引入了碳纖維增強的高性能復合材料,開辟了復合材料在飛機上的大規模應用。碳纖維復合材料具有優異的高比強度、高模量、耐腐蝕、耐疲勞等特點,非常適合航空裝備的需要。使用碳纖維增強復合材料,如F-15、F-16、米格-29,幻影2000,F/A-18飛機和其他化合物,如碳纖維增強復合材料的使用,如F-15、F-16、米格-29,幻影2000,F/A-18材料尾翼,垂直尾翼。自20世紀70年代以來,國外軍用飛機尾部一直采用復合材料。使用復合材料,平直尾翼、垂直尾翼一般占飛機總重量的5% - 7%。
在復合材料進入復合材料時代,復合材料的應用開始向軍用機翼、機身等結構力、大尺寸的主要部件發展。1976,麥克唐奈道格拉斯率先發展F/A-18復合材料機翼和進入服務1982增加復合材料的用量為13%。此后,由國家研制的軍用飛機幾乎全部使用復合材料。如美國的AV-8B、B-2,F/A-22,F/A-18E/F和F-35,法國的“陣風”、瑞典的JAS-39,歐洲四個國家聯合開發的“俄羅斯的S-37等。
目前,世界先進軍用飛機的復合材料數量占整個結構重量的20% - 50%,主要應用復合材料,包括整流罩、扁尾翼、垂直尾翼、平尾箱、機翼、機身前等等。如果關于這架飛機的總重量50%的復合材料賬,全機大部分復合材料制成的結構件,如B-2隱形轟炸機。
2民用飛機
民用飛機更重視飛機的安全性和經濟性,所以復合材料的應用更為謹慎