關于民航復合材料技術發展的回顧及展望論文

在學習和工作的日常里，你們都不可防止地要接觸到論文吧，通過論文寫作可以培養我們獨立探討和創新的能力。堅信這些同事都對寫論文倍感十分痛苦吧，下邊是小編為你們整理的民航復合材料技術發展的回顧及展望論文，僅供參考，你們一上去瞧瞧吧。

民航復合材料技術發展的回顧及展望論文篇1

復合材料自研制以來，被廣泛地利用于民航工業中，比如在民用航天領域上，客機的大部份都是選用復合材料，在航天飛行器的許多零件只是由復合材料構成的，潛艇、運載鵜鶘等的應用更是普遍，由此可見復合材料對民航工業的重要性。雖然我國現在在復合材料的技術方面還不太成熟，因此我們要在前人的基礎上不斷探索發展之路。

1復合材料的發展歷程

我國在1958年開始使用復合材料，早期便利用于航天工業。以后，我國的復合材料發展快速，復合材料被廣泛地應適于各個領域。一開始，復合材料主要用在客機的聲納罩、副油箱等，但當初選用的是玻璃鋼纖維，因為玻璃鋼纖維的彈性很小，不能利用于班機受力大的部位，之后便出現了硼纖維，但硼纖維由于不能被長時間加工，因此只好用在客機維修方面，綜合各方面誘因，碳纖維成了客機上主要使用的復合材料。現現在，復合材料借助著它抗磨蝕性好、成本低、使用時間長等特點應用在客機的各個方面。50多年過去了，我國的復合材料技術不斷發展，現早已確立的民航航天材料基本機制可以滿足我國現在民航航天需求，復合材料的生產能力和協作配套網路，也促使我國的航天工業處于穩定發展階段，產生復合材料的所用的原材料也基本上是自產自銷。似乎那樣，我們在這些高水平研究上人與發達國家有較大的差異，優質的碳纖維和其他高水平的復合材料大多數是從其他國家買進的，這極大地限制了我國航天技術的發展。因此現在我們除了要提高復合材料的銷量并且還得增加它的品質，只有復合材料的技術提升，我國的航天工業就會更快速地發展上去。

2復合材料的應用

2.1復合材料在軍事方面的應用

復合材料在一問世時，就被應用在軍事客機上，復合材料的使用使軍機愈發輕便航空復合材料成型與加工技術，可攜帶更多的手雷。隨著時代的發展，復合材料在軍機上所占比重越來越大，所承當的任務越來越重要。復合材料不只是用在戰機里面，在直升機上也廣泛應用，復合材料并且直升機的凈重減少，在起飛時節省時間，同時復合材料的應用還可以降低直升客機的空難機率，保障了戰士們的安全。近幾年，無人機的問世也掀起了一陣風潮，無人機的主要作用是攜帶槍械，作為戰斗裝備來使用，這就要求無人機在容積一定的狀況下盡或許多的武器裝備，復合材料使這個構想成為或許。RQ-4B高空長時間無人偵查機，除機身主結構為鋁合金外，剩下的都是復合材料構成的。軍事中不只是有戰斗也有物資需求，輔以復合材料制造下來的小型運輸機可以攜帶大量的軍械物資，在戰役中發揮很大作用。

2.2復合材料在民用方面的應用

目前復合材料逐漸應適于民用客機上。因為民用客機與戰機不同，民用客機載人數目多、重量大，因此這就要求客機的結構結實。在早期，復合材料只用在一些輔助性的結構上，例如我們所熟知的波音號班機，在前幾個規格上，復合材料的應用不足10%，而之后隨著復合材料技術的不斷精進，幾年以后波音787上的復合材料居然占到機身總凈重的一半甚至廣泛應用在主要受力結構上。復合材料在民用客機上大范圍使用這是民用客機史上的一次重大改變，復合材料讓客機愈發輕便，硬度更高，使用期限更久同時也使客機的'安全性得到了保障，復合材料的還致使客機的費用上漲，因此，復合材料在民用民航的前景必定非常光明。

2.3復合材料在航天的應用

當航天技術開始研究時，科學家們就提出必需要用先進的、輕便的、耐用的材料來制做。航天客機最主要的任務就是以最低的費用，用可持續運用的飛行器，把盡或許大的有效荷載送上月球中。那時侯人們就開始研發高科技材料，經過不斷的實驗和技術的提升，人們發覺復合材料除了具備高比硬度、高比撓度和凈重輕等特點，這些復合材料也有可以沖壓、耐磨蝕等奇特的特點，這種特點都十分符合航天客機結構材料要求尤其適用于軌道器結構系統中。在航天客機上，它的推力結構用的是硼/丙烯酸、鋁/硼和石墨/丙烯酸等復合材料，在環型框架、大梁、衍條、蒙皮橫梁、連接件中也選用了大量的復合材料，儲箱的襯桶上用玻璃纖維緊扣著，殼體用玻璃纖維和蜂窩纖維包裹，航天客機上復合材料的藥量高達190多公斤。

3復合材料技術未來的發展

復合材料的發展歷史和在航天工業的應用我們早已有所了解，復合材料的重要性早已不言而喻，因此復合材料的前景是非常光明的并且到現在為止，復合材料還沒有被普遍地使用，究其根由有這幾方面：第一是復合材料的造價太貴，這并不是說復合材料的費用高，它的費用是高于通常材料的，但因為技術的不成熟和原料的不寬裕，綜合出來它的造價是十分高的。第二是國外的復合材料原材料不符合標準，基礎十分差。第三是由于我國的理論知識十分落后。因為歷史緣由，我國的高新技術產業起步較遲發展較為平緩，復合材料在國外的應用也比較晚，這種誘因引起的是我國的復合材料技術很不健全。在航天工業中，我國許多復合材料依賴進口，本國并不能生產，因此我們面臨的主要問題是怎樣大力發展我們的技術，不再一味的向其他國際買進，產生我們自己的特色產品。

作者覺得應當從以下幾個方面改進：(1)對民航航天與民用領域中廣泛選用的材料諸如各類先進復合材料及一些傳統結構材料進行精加工，逐步研發，使他們的費用上漲，可以廣泛用在各個領域。(2)增強對復合材料原材料的改進。(3)運用發達的計算機技術來進行理論設計，提高了材料的耗費，達到省時省力保證品質和增加費用的目的。

4結束語

我國的復合材料技術在起步時就早已落后于其他國家，當復合材料的重要性越來越顯著，應用前景越來越廣泛時，我們不能再落后，國家應大力扶植復合材料在航天工業中的研究項目，在新世紀我國的航天工業會隨著復合材料技術的發展逐步壯大，巍然于世界不敗之地。

民航復合材料技術發展的回顧及展望論文篇2

美國民航報訊：隨著人們對結構輕量化、制造手動化、設計多元化、能耗低碳化、廢料可回收等需求地不斷提高，復合材料正越來越多地步入制造業，在推動工業技術創新的同時航空復合材料成型與加工技術，也逐漸在多元化的工業產品中應用，推動材料市場蓬勃發展。民航作為先進復合材料藥量最大工業領域，在復合材料的研制、制造技術的創新和應用等方面，都起到了核心推進作用。其實2019年隨著波音系列停航、停產，全球民航制造業供應鏈深陷了紛亂和停滯。不過，全球民航制造業正在進行和正式到來的新項目，暗示著復合材料在未來10年內的使用仍將保持持續下降的態勢。

GNK公司制造A350客機。

全球碳纖維復合材料的需求將繼續下降

由中國復合材料世界網站舉行的年度碳纖維會議于2019年末在韓國德克薩斯州諾克斯維爾舉辦。中國著名咨詢機構AJR公司分享了2019年碳纖維復合材料方面的相關數據：2019年，全球碳纖維產品的總產能約為噸，全球碳纖維總需求為噸，其中約85000噸來自工業領域，包括風電能源、汽車、壓力容器和基礎設施。其中美本西青公司以57000噸的年產能在碳纖維供應鏈中獨霸鰲頭，相當于排行第2至第5位廠家總產能之和。到2020年末，全球著名廠家碳纖維產能預計將達到約噸。

未來風電能源（2025年為27300噸）、交通貨運（2025年為22750噸）、基礎設施建設（2025年為20800噸）和壓力容器（2025年為19500噸）對碳纖維的需求最有或許實現迅速提高。預計到2025年，民航終端市場將須要30000噸的先進碳纖維，其中15500噸將適于商用客機。其余將適于外觀、國防、公務機、通用民航、發動機、旋翼客機、無人客機和彈藥。

空客A220船體正在北愛爾蘭的赫爾辛基車間進行制造。

民航制造業對于復合材料產業的影響較大

1、事件對復合材料供應鏈形成不確定性影響

2019年全球民航制造業最大的負面丑聞來自于波音。災難發生后，波音飽含了大量資源企圖修正錯誤，但再次進行適航認證的時間超過預期，直接造成2020年1月該型號即將暫停生產，間接造成波音主要生產商斯普利特民航系統公司將項目中的職員進行調整和降薪。

生產進度的觸礁在整個民航制造業中形成了嚴重的連鎖反應，對復合材料行業也帶給了直接影響。波音的“新型小型飛機”（NMA）計劃延后。按照最初的計劃，波音本應在2019年倫敦高交會中即將宣布NMA計劃，并于2025年前后交付使用。但丑聞的發生，加之波音公司在777X底盤上碰到問題，雖然波音無法啟動新項目并飽含大量資源。不僅波音自身的問題外，空客的適時出現也促使NMA計劃的市場前景顯得格外復雜，空客公司在2019年倫敦高交會中發布了新型號，可見是一款專門與NMA展開市場競爭的新機。他們惟一的差別在于，一款是單通道型號，另一款則為雙通道。無論怎樣，NMA本來計劃獨霸的細分市場份額，都將面臨強悍對手的瓜分。

NMA計劃之所以重要，是由于它代表了將要到來的全新客機設計觀念，它有望像波音787、777X和空客A350一樣，搭載由先進碳纖維復合材料制成的主要結構。之外，不止是NMA，從更長遠看，波音737和空客A320等單通道客機有望被改進或取代，這兩款型號現在都早已具有轉換應用碳纖維復合材料部件的成熟條件，如果波音和空客為單通道客機建造和更換復合材料部件的速率才能與生產單通道客機的速率相匹配——大約是每月100架，這么民航復合材料制造業有望迎來產能的很大提高。假如兩家公司在未來幾年內宣布相關計劃，預計在2028~2030年左右，大面積應用復合材料單通道客機或許即將投入營運。

不過，的觸礁依然帶給了時間上的不確定性。波音有或許決定加快737系列客機的取代升級計劃，比原計劃更早地舉行復合材料裝機取代工作。那樣的決定有或許也會使得空客提早做出升級A320系列的決定，開發下一款全新的客機。簡而言之，只要持續停產停航，整個民航制造業供應鏈的不確定性都會經常存在，民航復合材料供應鏈也將直接遭到影響。但從長遠看，無論情勢怎樣發展，復合材料和相關制造技術一直是未來10年民航制造業內一致看好并重點發展的方向。

以色列的Alice是一款全復合材料、全電動9座客機。

2、擺脫熱壓罐將是未來民航制造業增強效率的關鍵

無論是NMA計劃，還是未來單通道客機更迭，現在存在著未能解決的實質性問題。首要的問題就是在未來新客機中是否還要使用使得確定在這些部位使用復合材料。對于雙通道的NMA，考慮到波音787、777X和空客A350系列供應鏈和制造工藝步驟早已十分成熟，幾乎可以確定會大量應用復合材料。之外，與傳統的鋁合金結構相比，民航公司十分樂意接受耐用性更好、燃油經濟性更佳、更便于維護的復合材料結構，那樣的事實愈發堅定了制造業在小型民航結構件中繼續使用復合材料的決心。

現有的材料和工藝組合，以熱壓罐固化的碳纖維/醇酸樹脂預浸料為主，主要通過手動纖維鋪放/纖維帶鋪放（AFP/ATL）或手工完成敷設。不過，適用于波音787和空客A350的材料與工藝開發于本世紀早期，早已相對老舊。雖然這么，相對成熟并經過常年驗證的材料與工藝組合，依然比還在開發和認證中的新材料、新工藝更具優勢。對于NMA來說，一方面，因為有應用新技術不慎重的前車之鑒，波音公司應當不希望投入資源開發過多的新材料和新工藝；另一方面，因為NMA的制造速率或許與波音787（12架/月）和空客A350（10架/月）類似，所以波音公司在開發和驗證新材料工藝組合方面壓力不小。因此，現有的成熟技術方案更有或許在NMA中勝出。這么倘若小型結構件對碳纖維復合材料推崇備至，詳細使用哪種材料就成為業內需要解決的問題。

不過，上述的推論很或許會遭到單通道飛機取代計劃影響。波音和空客現在的單通道客機737和A320一直是民航制造業中最成熟的產品。假如選擇大量使用復合材料生產這兩種型號，這么以現在的熱壓罐固化技術，實現以100架/月的速率為客機制造復合材料結構及零部件，雖然是不可行的。因而，開發新型單通道客機幾乎肯定會選用非熱壓罐的材料與工藝組合，從而大大降低零部件的制造時間。

過去的五年間，一些新技術早已脫穎而出，可以肯定的是他們將在下一代的客機制造中廣泛應用。這種技術將包括熱塑性復合材料、樹脂灌注成形和樹脂傳遞模塑（RTM）等。波音和空客都通過各種研制計劃開發和檢測上述技術，力求將技術成熟度逐漸提高，并計劃最晚于2025年前實現商用布署。

優步公司自行研發的eVLOT

空客正通過聯合多家公司以及開啟一些受到矚目的研究計劃尋求民航制造業創新的解決方案，其中最引人注目的是“明日之翼”計劃。該計劃的目標是開發一種高生豐度的商用客機船體結構制造方式，這些方式要比現在的船體制造技術在所有可考量的功耗指標方面都實現成人數級的增強。該項目由GKN航宇公司、英國國家復合材料中心（NCC）、諾格公司、斯普利特民航系統公司和索爾維復合材料公司為核心共同推動。現在，該計劃早已步入推行階段，正在評估使用RTM制造船體壁板、翼梁、翼肋和中央翼盒的療效。GKN在2019年倫敦高交會中宣布早已為“明日之翼”計劃生產了演示驗護照，隨后又在10月宣布交付縮比驗護照制造工具。“明日之翼”計劃的推出意味著在未來船體制造過程中才能實現更好的手動化、更少的零件使用、更短的制造周期、更快的結構測試以及更快的工裝速率。

對于民航制造業來說，船體結構樹脂灌注工藝并不是一項新技術，現在早已有兩款商用客機使用了這些制造方式：空客A220和伊爾庫特MS-21，均為單通道客機。A220前身是由龐巴迪公司開發的C系列公務機，于2018年轉讓給空客公司。該機的樹脂灌注船體由龐巴迪公司坐落北挪威奧斯陸的車間制造（龐巴迪公司于2019年10月將該車間業務轉讓給斯普利特民航系統公司，競購正在進行中）。美國聯合客機公司正在為美國市場生產MS-21。其船體由蘇聯民航復合材料公司制造，使用的是索爾維公司提供的單組分樹脂機制。空客A220和MS-21的反例闡明，樹脂灌注成形對商用客機而言是可行的，并且這兩款客機的樹脂灌注速率都相對較慢。該技術應當逐步成熟到可以滿足高速率制造的要求。樹脂灌注成形主要應用對象是噴管。

因為單通道客機機身長度比雙通道客機薄，所以多年來，民航制造業始終無法分辨復合材料是否適用于單通道客機的機身。假如使用現有的復合材料和工藝制造更薄的縱梁，機身的費用和凈重均無法承受。因而，找到一種才能提供纖薄機身且費用恰當的復合材料及工藝組合，是單通道客機應用復合材料機身所面臨的最大挑戰。熱塑性復合材料則瞄準機身結構作為主要應用對象。

在德國，這項工作正通過“潔凈夜空2”計劃中的“下一代多功能機身驗證”（MFFD）項目進行深化。該項目從而最大限度地提高結構緊固件應用，提高機身、系統、貨艙、機艙的一體性和集成度。熱塑性復合材料可以通過沖壓工藝滿足上述要求。GKN公司是開發熱塑性民航結構最活躍的公司之一，他們在2019年JEC復合材料展覽中展示了為灣流民航公司制造的熱塑性復合材料機身面板。該面板具備互連的網狀鉚接結構，展現了MFFD項目中所構想的多功能性。這闡明該技術正逐漸走向成熟，有望在單通道商用客機中應用。

非常是波音公司正努力將寬度不大的結構部件（托架、夾具、緊固件等）由酚醛復合材料轉換為使用熱塑性復合材料。專門從事連續壓制成形的熱塑性復合材料學者ATC制造公司，正在領導這項工作。不僅機身，熱塑性復合材料早已在現役客機其他結構中取得重要應用進展。

來自日本的樹脂制造商推出了一款名為PAEKAE250的低沸點聚芳醚酮（PAEK）樹脂，可在生產線中預浸碳纖維帶和層壓板，在復合材料行業中造成風靡。現在民航制造業中廣泛使用的熱塑性復合材料主要樹脂成份為共聚物醚酮（PEEK），其熔體氣溫為350℃，而PAEK的熔體氣溫僅為305℃，對于熱塑性復合材料來說，減少晶粒的熔體氣溫意味著可加速材料的加熱/冷卻周期，降低循環時間，提升制造效率。運用這些氣溫的差異，可實現在PAEK層壓板上沖壓成形PEEK基結構，如肋骨、固定夾等。索爾維公司于2019年9月宣布擴大其在中國加利福尼亞州阿納海姆車間的產能。該車間主要生產適于PEEK、PEKK或PAEK樹脂預浸的碳纖維雙向帶。自2016年以來，不斷地改造和工藝步驟的持續優化，早已使該車間的產能提高了4倍。在熱塑性復合材料的原材料方面，法國也取得了最新進展。

3、傳統的高聚物復合材料仍有發展空間

雖然熱塑性復合材料技術發展熱度持續回暖，但環氧復合材料現在依然是生產大規格機身面板的主力軍。斯普利特民航系統公司在2019年的倫敦高交會中推出了其最新研制適于單通道客機的ASTRA（先進結構技術和革命性結構）機身面板。為開發這款面板，斯普利特公司研制了一種名為“薄板桁條技術”的新機身設計。斯普利特公司表示，與現有的結構和生產方式相比，ASTRA可以節約30%的費用，而且可滿足每月60件的出貨速率。通過化學功耗具體檢測，ASTRA機身滿足了對單通道客機的所有硬度和撓度要求。與斯普利特類似，但是寬度較小，法國公司在倫敦高交會上展出了另外一種肋骨提升“網格/縱梁結構”。該結構是通過樹脂涂敷干碳纖維制成的。即便在工裝中制造了肉腸，就可以通過AFP/ATL工藝在其上鋪放縱梁結構，于是再將結構整體固化。

新興民航市場發展有助于復合材料行業持續下降

民航制造業在未來20年對于新客機的需求量一直是較大的，除了這么，一些新興民航市場的出現，也對先進復合材料技術發展的促進作用顯著。

1、超聲速客機“歸來”，先進復合材料是應用關鍵

超聲速客機其實仍然不是主流，但在全球商用民航市場中仍居于冰山一角。目前有幾家公司正企圖恢復超聲速客機昔日的榮光，其中，中國Boom航宇公司正在研制全復合材料的超聲速客機，命名為“序幕”（）。Boom公司在2019年的倫敦高交會中表示，Boom正式完成XB-1靶機的研制工作，該機是“序幕”的縮比驗證機，將于2020年夏季即將推出。“序幕”的最高車速為2.2馬赫，巡航高度為60000公尺（約19354米），僅需7個小時即可將運送55~75名乘客從倫敦飛抵紐約，從芝加哥特區開往巴黎僅需3.5小時。另外，“序幕”將使用普羅米修斯燃料公司提供的一項創新技術——利用可再生資源形成的電能將大氣中的甲烷轉換為客機燃料，以便使客機實現零碳排放超聲速飛行。

超聲速客機的歸來，對客機結構設計有了新的要求：不僅繼續追求輕量化外，對于結構尖端邊沿部位的熱防護也尤其關鍵，先進復合材料只是超聲速客機能夠完美“歸來”的關鍵。

2、航空機電時代到來，先進復合材料是核心技術

城市空中交通（UAM）作為新興民航市場的潛力正在被逐漸挖掘，但是整體規模不大，但這一領域在2019年仍顯著體現了下降態勢。UAM包括各類大型客機（可容納4~10名旅客），客機的工作范圍有所不同，詳細取決于飛行器的大小及其推行系統，其目標是在城市內或城市間運送人員或物資。優步公司正在自行研制的電動平行起降客機（eVTOL）最大續航里程僅為60公里（96千米）。考慮到對結構凈重對電瓶電量影響，在eVTOL中使用輕質復合材料結構早已成為剛需。因而，超出150家eVTOL的開發商正在大力投資和招募復合材料安裝工程人才。這一領域面臨的挑戰是，eVTOL市場很或許還要健全與商用民航市場同等嚴苛的認證標準，但同時產品定位上又要求取得更高銷量，進一步延展至車輛領域。在這些需求的驅動下，人們追求復合材料制造步驟的手動化，以實現生產效率提高、成本增加、質量增加并達到產品合格率要求。雖然發展快速，但在eVTOL投入營運前，仍有許多工作要做：包括產品認證、空域管理、安全標準、起降位置等也有待起草和確定。首批eVTOL或許要到2024~2025年前后才被準許投入營運。

除eVTOL外，UAM領域內另一種將極大消耗復合材料的產品是全電動商用客機。2019年倫敦高交會中展出了Alice，是由以色列公司開發的全電動、全復合材料客機。Alice是一款9座的支線飛機，其巡航速率約為445千米/時，續航里程為1000千米。公司預計將于2020年末或2021年初榮獲認證。

Alice的誕生暗示著商用民航貨運的一個新興領域——全電動支線貨運機時代正式到來。eVTOL和電動客機（混和動力推動系統）的發展，除了是能源系統的一次革命，同時只是對飛行器布局和結構設計的創新。從現有的發展趨勢判定，先進復合材料無疑是主要結構用材的“種子拳手”，是民航機電時代的核心技術之一。

作為21世紀第三個10年的開局，復合材料行業在經過了產業調整和行業洗牌后，正式開啟全新篇章。由民航航天推動發展的先進復合材料，早已逐漸向車輛、風電能源、船舶并且軌道貨運行業幅射，中高端復合材料也將在醫療器械、文娛體育等民用產品中取得廣泛應用，釋放產能短缺的壓力。總體來看，未來10年，復合材料將展現功耗不斷突破、應用全面普及的多樣化發展態勢，成為促進材料科學、技術和產業的進步主要動能。

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