激光投影数据 铺层展开数据
航空用复合材料发展
精密自动化
精密机械加工
纤维增强树脂基复合材料在机械加工过程中易出现分层、劈裂、 高温损伤等问题 ，目前比较常用的为高速磨削加工、高速铣切加工。
采用硬质刀具（硬质合金、金刚等）； 小进给，高转速的磨削、切削加工 （约20000r/min) ； 焦点孔定位精度±0.05mm。
航空用复合材料应用
航空用复合材料的应用趋势
应用
非承力结构件或承力较小 (方向舵、整流罩等）
一级次承力结构件<5% (垂尾、平尾等）
主要的承力结构20-50% (机翼、机身等）
民机应用
非承力构件
受力较小的部件
受力较大的部件
正式大量使用
一代材料 一代飞机
60-70年代
70-90年代
90年代至今
航空用复合材料应用
波音787 材料应用部位和比例 空客A350-XWB 材料使用情况
“百川入海，殊途同归”
航空用复合材料应用
民机应用增长趋势
50
B787
A350
复 40 合 材 料 应 30 用 百 分 比 20 %
10
B747 DC9 DC10
MD80
1965 1970
1975
1980
A320
A310 A300 BB77B6577737-300
复合材料在航空领域的应用及发展
蒲永伟 2015年5月21日
主要内容 一、航空用复合材料概述 二、航空用复合材料应用 三、航空用复合材料发展
航空用复合材料概述
复合材料基本概念
定义：是由两种或两种以上不同性质的材料，通过一定的方法，在宏观上组成的相材料。复Fra bibliotek增强体
合
材
三维界面相
料
基体
物理结合 化学结合
吸附和润湿
原子扩散
机械锁合
静电引力
基体重结晶
化学键结合
化学反应物结合
复合材料“1+1>2”的协同效应： 高界面结合强度被认为是获得高性能复合材料的必要条件。
纤维增强树脂基复合材料
增强相：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维…… 基体相：环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳醚系列树脂……
复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一。
A321 AA343030 B777
A322
MD11 B747-400 MD90
1985
1990
1995
研制年代
2000
A400M A380
2005
2010
2015
航空用复合材料应用
国内航空用复合材料的应用情况
国产运-20四发涡扇 重型运输机 复合材料用量约为 10%~15%
国产C919短程双发 窄体民用运输机
航空用复合材料应用
航空用复合材料的应用优势
复合材料作为21世纪的主导材料，其用量已经成为飞机先进性，乃至航 空领域先进性的重要标志，是世界强国竞相发展的核心技术。
现代飞机对选材的要求
质
强
耐
耐
隐
量
度
高
腐
身
轻
高
温
蚀
性
三 代 机
航空领域应用情况
机型
轻型飞机
直升机
隐身飞机
战斗机
四
民用飞机
代
机
结构重量%
90-100 ≥70 50 20-40 7-50
精密自动化
设计制造一体化
数字化集成制造
高质量
高效率
低成本
航空用复合材料发展
大型整体化
共固化长桁（框、肋）常见结构：
※ 采用共固化制造可以实现复合材料构件的大型整体化制造
航空用复合材料发展
大型整体化
自动铺带工艺的优点：（目前应用于C919垂尾试验件）
制造过程重复性高、质量稳定性好； 生产效率高； 操作安全可靠； 人为干扰因素少； 制件制造精度高。
该工艺方法并非针对所 有的预浸料都适用，相应的 树脂应具有一定的流动性。
航空用复合材料发展
精密自动化
数控铺层剪裁及投影定位
采用了先进的数控铺层剪裁、激光投影定位等先进技术，向数字化制造的改变。
剪裁周期缩短60%左右 铺叠周期缩短40%左右 提高了制件尺寸精度及质量稳定性
工程数模（Fibersim）
国外航空用复合材料的军机应用情况
型号 F14A F15A F16A 幻影2000 F18A AV8B 阵风 F22 F35 EF2000
复合材料 1％ 2％ 2％ 7％ 10％ 26％ 24％ 24％ 30％
40%
F22 F18E/F
EF2000 F35
航空用复合材料应用
民机应用情况
波音和空客在民机市场竞争激 烈，在技术上主要对决的内容就是 复合材料，复合材料正是在此背景 下飞速发展。
复合材料约为20%
航空用复合材料应用
国内民用航空复合材料典型案例
航空用复合材料应用
国内民用航空复合材料典型案例
航空用复合材料应用
国内民用航空复合材料典型案例
航空用复合材料发展
航空用复合材料发展趋势
随着复合材料在航空领域应用增多，未来的航空用复合材料发展趋势将向 复合材料数字化集成制造所转变
大型整体化
航空用复合材料概述
先进复合材料简介
定义：泛指应用于飞机主承力或次承力结构，性能相当于或优于铝合金的复合材料。
航空用复合材料
硼纤维复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料
航空用复合材料性能
高的比强度和比模量 各相异性和可设计性 良好的抗疲劳性 成形工艺性好 良好的尺寸稳定性 便于大面积整体成型
航空用复合材料发展
基于前期模拟仿真过程的液体成型制造
树脂转移模塑成型 真空辅助树脂转移模塑成型 树脂膜渗透成型
RTM VARTM
谢谢大家！
蜂窝芯材
五坐标数控铣切中心
数控铣孔工艺
铣切加工后的复材制件
航空用复合材料发展
设计制造一体化
复合材料构件的试验周期 长、制造成本高，产品性能 难以达到现代航空业对复合 材料性能的苛刻要求，严重 阻碍了我国民用航空业的发 展。
采用数值模拟技术实现 模具设计、工艺过程控制及 参数优化：
低成本方向发展； 缩短研制周期； 提高制造质量。
自动铺带工艺达 到国内先进水平
航空用复合材料发展
精密自动化
采用热隔膜法制造长桁等筋条结构件
热隔膜成形工艺是在欧洲推出的ALCAS计划中，开发的一种用于加工飞机前梁的 一种典型成型工艺方法。隔膜成型原是一种为热塑性复合材料开发的成型工艺，后发 现用于热固性复合材料具有很广泛的用途。
它具有成型过程中纤维不易滑动、不易产生皱褶的特殊功效，非常适于加工大型 飞机机翼前梁的C形截面。在近年推出的A400M飞机的C形前梁的毛坯制备采用了这种T 艺方法。