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论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日飞机的复合材料及应用【摘要】本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能以及在飞机上的应用。
复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。
对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。
对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。
复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用。
关键词：复合材料层合板Application of composite materials and aircraft 【Summary】This article focuses on the composition of the composite material, type, performance and aircraft applications. Composite material is composed of two or more kinds of raw materials, process methods combined into a variety of new materials. For a modern aircraft, the application of composite materials, corrosion resistance and weight loss、cost plays an important role. Light of the aircraft structure, miniaturization and high performance plays a vital role. Composite material structural characteristics and application results in high-performance fighter aircraft to achieve stealth, supersonic cruise, stall flight control, front-wing aircraft, the practical application of advanced aerodynamic layout.Keyword：Composite materials Laminates目录1概述 (1)2复合材料的探究 (1)2.1 复合材料的构成 (1)2.2 材料的分类 (1)2.2.1 增强纤维 (1)2.2.2树脂基体 (3)2.3 复合材料的特性 (4)2.3.1 复合材料缺陷∕损伤特性 (4)2.3.2复合材料的疲劳特性 (6)3复合材料在飞机上的应用 (7)3．1机翼上的应用 (7)3.1.1机翼的功用 (7)3.1.2机翼结构设计要求 (8)3.1.3 复合材料机翼特点 (8)3.1.4 复合材料机翼结构设计要点 (10)3.1.5 机翼翼盒结构方案 (11)3.1.6外翼翼盒设计实例 (12)3.2. 整体油箱的设计 (14)3.2.1复合材料油箱设计要求 (14)3.2.2 油箱密封设计 (14)3.3 机身结构设计 (15)3.3.1 机身的功用 (15)3.3.2机身结构设计要求 (15)3.3.3 复合材料前机身结构设计原则 (16)3.3.4复合材料前机身结构设计实例 (16)3.3.5复合材料中机身结构设计 (18)结束语 (20)谢辞 (21)参考文献 (22)1概述复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。
它既可以保持原材料的某些特点，又具有原材料所不具备的新特征，并可根据需要进行设计,与单一均质材料相比它具有较多的优越性。
复合材料飞机结构技术是以实现高结构效率和改善飞机气动弹性与隐身等综合性能为目标的高新技术,对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。
复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用，以“飞翼”著称的B-2巨型轰炸机的隐身飞行，舰载攻击∕战斗机耐腐蚀性改善和轻质化，对于客机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要作用，如波音777和空中客车A330∕A340上的应用，标志着飞机复合材料结构设计发展已经成熟。
我国从20世纪80年代开始，将复合材料应用技术研究列入重点发展领域。
复合材料应用基本实现了从次承力构件到主承力构件的转变。
复合材料的垂直安定面﹑水平尾翼、方向舵、前机身等构件已在多种型号飞机上使用，可以小批量生产。
带整体油箱复合材料机翼等主承力结构已装机试飞成功。
航空先进复合材料已进入实际应用阶段。
2 复合材料的探究2.1 复合材料的构成复合材料是由两种或两种以上材料独立物理相，通过复合工艺组合构成的新型材料。
其中，连续相称为基体、分散相称为增强体，两相彼此之间有明显的界面。
它既保留原组分材料的主要特点，并通过复合效应获得原组分材料所不具备的性能。
通过材料设计可以使各组分材料的性能互相补充、彼此联系,从而获得优越性能。
2.2 材料的分类2.2.1 增强纤维增强纤维是复合材料主要组分材料之一。
复合材料承载主体，选定纤维品种及基体的含量，即可预估出复合材料沿纤维方向（纵向）力学性能。
单位体积纤维含量V,结构用复合材料单向板约为60%，织物增强板约为40%。
飞机结构上应用的增强纤维有碳纤维、芳纶（kevlar）、玻璃纤维和硼纤维。
碳纤维由于其性能好、纤维类型和规格多、成本适中等因素，在飞机结构上应用最广。
芳纶性能虽然上佳，但在湿热环境下性能有明显下降，一般不用作飞机主承力结构，多与碳纤维混杂使用。
玻璃纤维由于模量低，仅用于次要结构（整流罩、舱内装饰结构）。
但其电性能、透波性适宜制作雷达罩等。
硼纤维，因纤维直径太粗有刚性，成形和加工性不好，价格又十分昂贵，故应用十分有限。
几种飞机结构上常用纤维的性能比较。
表2-1所示。
2-1几种常用纤维性能比较增强材料的基本形式有纤维丝束、编织布和针织布。
纤维丝束是增强材料的最基本形式。
纤维丝束一般以预浸渍树脂基体的按同一方向（径向）平行排列成的纤维束带即单向带，供工艺成形结构使用。
为了改善单向带工艺性能，将纤维丝束用少量维持纤维丝束经向排列的非承载作用的纬向纤维织成一种特殊的单向织物，又称无纬布或无纺布。
无纬布浸渍树脂后也成为单向带，其纤维增强作用效果与纤维丝束单向带基本相同，但其铺覆工艺性大为改善。
编织布（织物）是由经向纤维与纬向纤维编制而成，分平纹布和缎纹布，见图2-2。
平纹布的经向与纬向纤维比例为1︰1﹐布形稳定﹐不易弯折。
缎纹布按经线与纬线编织时相交所间隔的纬线数目4、5、8不同的编织方式﹐有4综段﹑5综段﹑8综缎等缎纹布﹐各有各自的特点。
如8综缎布浸渍树脂后体现了单向带特点﹐且整体性好﹐易铺贴。
不同纤维混合编织物﹐为设计选材提供了更多的便利，植物可制成预浸渍使用。
图2-2 编织布示图(a)平纹布（b）5综缎布（c）8综缎布针织布是用非增强纤维（机线）将增强纤维编织在一起形成的织物，如图2-3所示。
其特点是增强纤维布扭曲，可有效传递载荷。
针织布是制作预成形件的材料，不制成预浸渍。
图2-3 针织布示图2.2.2树脂基体树脂基体是复合材料另一个主要组分材料。
在复合材料结构构件成形过程中，树脂基体参与化学反应并固化成形为结构。
因此，树脂基体固化工艺决定了结构件成形工艺和制作成本，不同树脂体系有不同工艺参数，而不同工艺方法要求不同的树脂体系，树脂基体对纤维起支撑、保护作用并传递载荷。
因此，树脂基体性能直接关系到复合材料的使用温度和压缩性能，横向（90°）性能和剪切性能（包括层间剪切强度）等基本性能，以及耐湿热性能、抗冲击损伤性能和冲击后压缩强度CAI等，复合材料在飞机结构上应用的愈广，对树脂基体提出的要求也就愈多、愈苛刻。
因此，树脂的品种、类型将会不断增加，性能不断改进。
图（2-4树脂基体的分类）图2-4 树脂基体分类2.3 复合材料的特性2.3.1 复合材料缺陷∕损伤特性复合材料缺陷与损伤包括﹕制造缺陷、使用损伤和环境损伤。
制造缺陷通常有两类∶一类是复合材料预浸和成型过程中产生的缺陷﹔另一类是机械加工组装过程中产生的缺陷。
典型制造缺陷有：空隙﹑富胶﹑贫胶﹑外来夹杂﹑不正确的纤维取向和铺层顺序﹑划伤﹑有缺陷孔和过紧连接等。
典型使用损伤有∶划伤﹑擦伤﹑边缘损伤，以及冲击引起的分层﹑脱胶﹑凹痕和穿透损伤等。
典型环境损伤有∶雷电冲击引起的表面烧蚀和分层﹑冰冻∕融化引起的湿膨胀和热冲击造成的分层和脱胶﹑加芯结构水分浸入引起的分层等。
损伤容限问题中主要研究孔﹑冲击损伤﹑分层3种损伤形式。
这3种损伤形式，冲击损伤形式与冲击能量水平密切相关（间图2-5）。
高能量冲击，如弹丸冲击，可以对层合板造成穿透孔损伤，并带有一些边缘附近的局部分层。
中等能量冲击，虽然不产生穿透损伤，但在冲击范围内造成层合板局部损伤和内部分层，以及背面纤维的断裂。
低能量冲击在层合板表面产生难以目视检查的损伤（BVID），并在层合板内部形成圆锥形的分层区。
低能量冲击和中等能量水平的冲击可以造成层合板表面损伤，相对容易检测和及时进行修理；低能量冲击对层合板的损伤通常要用无损检测手段才能检测出来，因而对层合板承载能力形成潜在的威胁（特别是对压缩载荷）。
冲击对层合板造成的损伤是突发性的；层合板性能（刚度、强度）与其相对应亦发生徒然下降，如图2—6所示。
按目前设计需用应变水平，层合板损伤的扩展将是缓慢的（或基本不扩展），故归入慢慢裂纹扩展范围研究。
如图2—5 不同冲击能量水平造成的层合板冲击损伤破坏形式（a）高能量冲击损作（b）中等能量冲击损伤（c）低能量冲击损伤图2—6 冲击事件造成的层合板性能突变示图2.3.2复合材料的疲劳特性各向同性金属材料在疲劳载荷作用下，可以观察到明显的单一主裂纹有规律的扩展。