在飞机上常见日语[推荐阅读]

第一篇：在飞机上常见日语

空港（くうこう）——机场 滑走路（かっそうろ）——跑道 ターミナルビル——候机楼

案内所（あんないしょ）——问讯处 待合室（まちあいしつ）——候机室 VIPルーム——贵宾室

国際線（こくさいせん）——国际航线 国内線（こくないせん）——国内航线 旅客機（りょかくき）——客机

フライトナンバー（flight number）——航班号 便（びん）——航班 925便（925航班）

パイロット(pilot)——驾驶员 乗務員（じょうむいん）——乘务员

スチュワーデス(stewardess)——空中小姐 スチュワード(steward)——男乘务员 航空券（こうくうけん）——机票

片道券（かたみちけん）/片道切符（かたみちきっぷ）——单程票往復券（おうふくけん）/往復切符（おうふくきっぷ）——往返票パスポート(passport)——护照 入国（にゅうこく）ビザ——入境签证 通過（つうか）ビザ——过境签证 観光（かんこう）ビザ——观光签证 搭乗券（とうじょうけん）——登机牌

空港使用料（くうこうしようりょう）——机场建设费 携帯品（けいたいひん）——携带物品 託送荷物（たくそうにもつ）——托运行李

託送荷物预かり证（たくそうにもつあずかりしょう）——行李牌手荷物（てにもつ）——手提行李

離陸（りりく）——起飞 着陸（ちゃくりく）——降落 シート(seat)——座位

シートナンバー(seat number)——坐位号 安全（あんぜん）ベルト——安全带

フ?ーストクラス(first class)——头等仓 ビジネスクラス(bisiness class)——商务仓 エコノミークラス(economy class)——普通仓

機内（きない）?ナウンサ(announcer)——机上广播 機内サービス——机上服务

機内食（きないしょく）——机内便餐 免税店（めんぜいてん）——免税店 カート(cart)——行礼车 ゲート——登机口

搭乗券（とうじょうけん）

第二篇：热塑性复合材料在飞机上的应用

热塑性复合材料在飞机上的应用

张磊 杨卫平张丽

Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft

（中航工业一飞院，西安）

摘要：阐述了热固性复合材料的缺点，分析了热塑性复合材料的优势，并介绍了其在国内、外军用飞机和民用飞机上的应用情况，指出了国内外的差距，最后对国内纤维增强热塑性复合材料的发展提出了建议。

Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft.In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites.关键词： 热塑性、热固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗冲击性

Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance

复合材料按树脂类型可分为热固性复合材料和热塑性复合材料。目前国内外飞机上，大量使用的复合材料为热固性复合材料，包括机翼、机身等主要承力构件。但是热固性复合材料通常采用热压罐生产工艺，成型时间长，而且在材料运输、存储、工艺准备、实施等方面要求都比较严格，因此生产成本比较高。另外热固性复合材料对冲击比较敏感，设计和使用时要重点考虑冲击对结构性能的影响。而热塑性复合材料在这些方面都有一定优势，所以近年来其逐步受到重视[1]。热塑性复合材料的优点

与热固性复合材料相比，热塑性复合材料主要有以下优点：

（1）韧性、损伤容限性能、抗冲击，抗裂纹扩展等性能较好。由于热塑性树脂分子链的运动能力比热固性树脂强得多，因此热塑性树脂的韧性普遍要高很多，有利于改善复合材料的抗冲击损伤能力。以碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料为例，其压缩后冲击强度（CAI）值高达342 MPa，与第一代环氧复合材料170 MPa，增韧环氧复合材料250 MPa的平均水平相比，优势明显；

（2）成型周期短，生产效率高，节约成本。热固性复合材料主要的成型方法是预浸料/热压罐工艺，热压罐固化消耗大量的能源和时间，增加制造成本，而热塑性复合材料的成型过程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化，只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程，可采用热压成型工艺，故成型周期短、生产效率高、成本低。另外，热塑性复合材料在材料运输、存储、工艺准备、实施等比热固性复合材料要求低，因此生产成本更低。两种材料生产制造对比见下表1；

[2～5]

表1 热固性和热塑性复合材料对比

属性

热固性复合材料

热塑性复合材料

材料普通运输

1、室温存储，一般库房即可；

2、材料力学性能寿命无要求；

3、工艺实施无特殊要求；

1、材料无需回暖处理；

2、预浸料或板材无需保护；

3、材料准备在一般环境；

1、预浸料CNC，板材水切割；

2、材料可以回收利用；

1、板材热压成型；

2、无辅助材料，制造节拍5分钟

1、脱模及完成零件制造；

2、表面质量完好，无需打磨；

3材料运输 材料低温运输，并需要温度监控

1、低温存储，-18℃以下存储；

材料存储

2、材料力学性能寿命，一般12个月；

3、工艺性能寿命，一般240小时；

1、材料回暖处理；

工艺准备

2、预浸料需要衬纸保护；

3、材料准备需在净化间内完成；

1、预浸料剪裁自动下料机；

材料切割

2、边角余料不可利用

1、手工或自动铺叠；

工艺实施

2、真空加热固化，制造节拍8小时；

1、裁真空袋、工装清理；

后续处理

2、表面有需打磨处理

（3）实现结构减重。热固性复合材料的密度为1.7～2.0g/cm，而热塑性复合材料的密3度为1.1～1.6g/cm，密度较热固性复合材料小，因此，采用热塑性复合材料具有一定的减重优势；

（4）具有重塑性，可以循环利用，提高零件的修理性，降低报废率，废料也可回收。热塑性复合材料在成形过程中是一个简单的相变过程(即熔融和凝胶)，可二次加工；

（5）良好的耐热性能。以环氧树脂为代表的热固性复合材料长期使用温度最高可达130℃，而某些热塑性复合材料的长期使用温度可达250℃以上，并且耐水性极优，可在湿热环境下长期使用。例如：PEEK树脂的耐热性达220℃，用30%碳纤增强后，使用温度可提高到310℃，可用于某些特殊环境。

因此，热塑性复合材料在飞机结构中的应用，可以缩短零件的制造周期，提高其结构的抗冲击性能，减轻结构的重量，减少飞机的生产和使用成本。国内外飞机应用情况

自20世纪60年代以来，高性能连续纤维增强热塑性复合材料就受到欧美日等发达国家的重视。但长期以来，制约热塑性复合材料在民机上应用的主要原因有以下两个：（1）预浸料制造困难，材料成本高；（2）制件制造成型需要高温高压，对设备和辅料要求高。从20世纪80 年代开始，以美国为主导的西方国家进行了一系列旨在提高热塑性复材预浸料的制造水平、降低制件制造成本的研究计划，并最终取得大量的研究成果，为高性能热塑性复合材料在民机上的应用推广奠定了基础。英国帝国化学公司、德国巴斯夫公司、美国杜邦公司等开发了多类热塑性树脂，经波音、空客、洛克希德、福克等制备成飞机蒙皮、整流罩、升降舵等制件并且进行了飞行试验, 证明了热塑性复合材料不仅强度、刚度满足要求, 而且具

[6]有更好的韧性和损伤容限性能。目前常用的先进热塑性树脂主要有: 聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)等。

2.1 国外飞机应用情况

热塑性复合材料（TPC）在飞机应用上的巨大潜质，其在国外飞机上的应用如下：（1）机翼前缘

A340-500/600机翼前缘的J字型结构件，它代替原来由5段铝件组成的D型构件，由

[7～13]

长度2.5m和3.2m两段组成，是福克特殊飞机公司制造的，采用荷兰TenCate Composite公司的Cetex玻璃纤维/聚苯硫醚（PPS）薄膜“半预浸料”经过预先压实成板（每块板由5层预浸料组成），然后模压成肋及加强件。层合板的尺寸为1.2m×3.6m。玻璃纤维与PPS之间用一种专利化合物粘结。玻璃纤维/PPS材料放入热压罐内，在300℃以上高温固结。自A340-600用于验证航线飞行的首次试飞以来，尚未发现新的机翼前缘出现任何故障。这是热塑性复合材料在民机上首次大规模应用。

A380的机翼前缘也采用热塑性复合材料，如下图1所示，采用了多肋设计理念和用TenCate 公司的玻璃纤维/聚苯硫醚（PPS）制成，相应的选材及加工方式与A340-600类似。

图1 A380机翼固定前缘 Fig.1 Leading edge of A380

(2)舵面结构

新型湾流G650 公务机（JEC2010 创新奖得主）的方向舵和升降舵就是感应焊接的多肋扭力盒结构（见下图2）。感应焊接是由KVE 复合材料集团的荷兰专家开发，并由福克航空结构件公司实现工业化的一项技术。这种碳/PPS(TenCate 先进复合材料公司)的多肋设计比此前的碳/环氧树脂夹层结构重量降低10%、成本降低20%。

图2 湾流G650方向舵 Fig.2 rudder of G650(3)舱内地板

空客A400M运输机的驾驶舱地板使用了碳纤维/PPS，如下图3所示。其尺寸3.05m3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。

图3 空客A400M驾驶舱地板

Fig.3 floor of A400M(4)机身连接零件

空客A350客机机体上应用量最大的是机身连接零件。这些零件位于机身11段到15段，连接机身复合材料壁板与内部的复合材料框架结构。这些零件使用碳纤维/PPS材料，外形各异，通过先进的集成化单元完成制造，每个单元都拥有执行材料运输的机器人夹持系统、执行材料预热的红外加热器以及执行材料固化的液压式热冲压机。空客A350热塑性连接角片部位见图4所示。

图4 空客A350热塑性连接角片部位

Fig.4 clips of A350(5)主承力件应用

2009年欧盟启动 “热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目，目的是为空客公司开发TPC平尾扭矩盒和机身结构，进一步增加TPC在当前和未来飞机上的应用比例，如A320neo客机。项目将分为两个阶段，在2017年完成，目标是两个构件的材料、制造工艺、设计概念和模具设备达到技术成熟度分别达到4级和6级。项目的第一阶段是采用碳纤维/PEKK材料开发主承力结构，项目制造的TPC平尾扭矩盒和机身验证件分别达到了技术成熟度3级和5级，已于2013年完成。TPC平尾扭矩盒基于G650的平尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2～8mm之间变化，采用单向预浸带制造。由于TPC固有的韧性能更好地阻止裂纹扩展，能够将蒙皮设计得更薄，因此与热固性复合材料构件相比，该扭矩盒减重10%，如下图5左所示。

图5 热塑性主承力验证件 Fig.5 the TPC verification TPC机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48～5.50mm之间变化。DTC公司开发了该机身加强筋，及其制造工艺：数控切割TPC材料，机器人铺放，真空预固化，自动运输，压力成形，整个过程仅需15min。机身壁板验证件如图5右所示。

项目的第二阶段于2014年初开始，将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度。对于扭矩盒的研究，接下来将开发可获应用认证的材料和工艺，开发一个能够存放燃油的“湿”盒，使用将梁与蒙皮焊接起来的一种结构。对于机身的研究，主要在于控制蒙皮厚度，特别是对于A320neo或者737max这样的单通道客机，韧性的TPC薄蒙皮结构固然更合适，但其厚度极限需要验证，尤其是考虑到如冰雹撞击或维修工具冲击下的局部载荷作用。

2.2 国内飞机应用情况

国内飞机使用复合材料主要是以环氧和双马树脂为基体的热固性复合材料。对于热固性

[15]复合材料抗冲击能力差的问题，主要是通过改性/增韧或降低设计许用值的方法处理，直接改用热塑性复合材料的应用较少。

在实际装机应用方面，“八五”期间采用静电粉末法PEEK预浸料制造了某型机平板舱门，并已在飞机上装机考核，至今工作正常。见下图7左。

图6 舱门实物

[16]

[16]

Fig.6 the entity of the door

另外某型无人机后机身舱门结构采用了热塑性复合材料。选用的树脂基是聚酰亚胺NGDJ-900树脂膜，纤维为T300碳纤维无纬布和织物。筋条部分则采用短纤维增强树脂。结构件设计时，蒙皮采用树脂膜与增强纤维间隔叠层，加强筋条设计采用短纤维，壁板设计为一个带纵横方向加强筋条的整体，通过高温高压模压融渗成形技术，一次成形，不用进热压罐，不用几次胶结，减少制造工序，易于操作，也不需要真空袋等辅料，制造成本低。并且，整体成型可简化结构，使从前需要多个零件通过螺栓等紧固件连接在一起的部件简化为一个整体的零件，减少了原来各零件之间需要的连接件，降低装配成本。零件实物见图7右所示。与国外的差距

热塑性复合材料的工程应用大致经历了三个阶段：第一阶段，热塑性复合材料应用于飞机内饰、舱门、口盖、整流罩等非承力部件；第二阶段，用于飞机固定面前后缘、襟翼、副翼、方向舵等操纵面等受载较小部位；第三阶段，用于飞机机翼、尾翼、机身等主盒段结构。

目前，国外热塑性复合材料应用已经到达第三阶段。欧盟已启动了“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）第二阶段项目，目标是进一步提高主结构材料、制造工艺、设计概念和模具设备的技术成熟度。国内民机方面，尚无热塑性复合材料结构研制、装机应用，仅在军机方面有少量应用，还局限于少量非承力部件上，处于热塑性复合材料工程应用的第一阶段，因此差距比较大。

（1）结构设计与强度分析方面的差距

热塑性复合材料特有的材料特性和特有的工艺性也决定其结构设计方法及强度分析方法与热固性复合材料有很大的不同，因国内工程应用少，所以对其材料特性、结构形式、受载特点等未充分研究，没有形成相关的结构设计准则和强度分析方法。

（2）制造与工艺方面的差距 热塑性复合材料加工工艺可分为：热塑性基体浸渍工艺和制件成型工艺。由于热塑性树脂熔融温度高、化学性质稳定，预浸、成型等每一个阶段对设备和工艺都有特殊的要求，其复合材料预浸料制备和成型加工的难度均比热固性复合材料大。目前我国在热塑性复合材料工艺方面的研究较少，差距较大。

（3）原材料生产供应的差距

国家曾投资兴建5000t/年产能的生产线，并开发PPS树脂膜、PPS长丝等产品。北京航空材料研究院曾采用该树脂进行过复合材料成型工艺的初步研究。但是近年来该生产线的无法稳定提供树脂基体。吉林大学曾长期开展国产PEEK树脂的研制工作，并于“八五”、“九五”、“十五”期间与北京航空材料研究院合作开展过CF/PEEK复合材料的研究。但吉大曾将其PEEK树脂的生产技术转让，其生产状态及知识产权归属有待明确。结束语

热固性复合材料在国内、外飞机上应用最为广泛，但断裂韧性及抗冲击能力差、难以回收利用、成型加工周期长等问题也长期存在，而热塑性复合材料的出现成为克服以上缺点的一种研究方向。而且热塑性复合材料可回收利用，减少对环境的污染。虽然近期热塑性复合材料不可能大量代替热固性复合材料，但其优异的性能已逐步引起重视，应用也日益广泛, 应用范围也将从次承力构件转向主承力构件。

目前热塑性复合材料在国内飞机上的应用还十分有限，设计、工艺、原材料等技术储备严重不足，因此国内热塑性复合材料的应用需要加强相关的技术研究:(1)PPS、PEEK等常用高性能热塑性树脂与纤维的匹配研究；(2)加强其成型工艺研究；(3)提出适合其特性的结构设计与强度分析方法；(4)推广应用。

参考文献

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张磊（1979-）男，硕士,高级工程师。主要研究方向：飞机复合材料强度。座机：029-86832903；手机：*** 邮箱：25179057@qq.com

第三篇：出国英语：在飞机上英语怎么说[模版]

出国英语：在飞机上英语怎么说

在飞机上英语怎么说

in the aircraft

在飞机上地道常用表达：

on the plane 坐飞机

in the plane 在飞机内

乘坐飞机常用英语表达：

Where do I board my plane?

我在哪儿登机？

How long is this flight?

这趟飞机有多长时间？

What time will the plane land?

飞机什么时间降落？

Could you change my seat, please?

是否可替我更换座位？

Will this flight get there on time?

这班班机會准时到达吗？

Excuse me.what's the time diffrence betweon Tokyo and London? 打扰一下，东京和伦敦的时差是多少？

May I have a pillow and a blanket, please?

请给我一个枕头和毛毯。

I feel a little sick, Can I have some medicine?

我觉得有些不舒服，是否可给我一些药？

原文来自 必克英语

第四篇：复合材料在飞机上的应用（本站推荐）

复合材料在飞机航空中的应用与发展

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姓名：西安航空职业技术学院 金属材料与热处理技术 12806216 郭远

摘要

复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障.复合材料在飞机航空中的应用与发展

复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业，特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。不久前，碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构，但是，由于技术发展的进步，先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构，如机身、机翼等。

一．飞机结构用复合材料的优势

现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。而复合材料正具备了上面的几个条件，成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。

复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。

复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显著的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为1.6g/cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果。

近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效地降低了总成本，如F/A-18E/F零件数减少42%，减重158kg。复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件，无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献。

二．飞机结构用复合材料的发展过程 先进复合材料于上世纪60年代中期一问世，即首先用于飞行器结构上。30多年来先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。

1.复合材料在军用飞机上的发展过程

纵观国外军机结构用复合材料所走过的道路，大致可分为三个阶段： 第一阶段复合材料主要用于受力较小或非承力件，如舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等，大约于上世纪70年代初完成。

第二阶段复合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一级的次承力部件，以F-14硼/环氧复合材料平尾于1971年研制成功作为标志，基本于上世纪80年代初完成。此后F-

15、F-

16、F-

18、幻影2000和幻影4000等均采用了复合材料尾翼，此时复合材料用量大约只占全机结构重量的5%。

第三阶段复合材料开始应用于机翼、机身等主要的承力结构，受力很大，规模也很大。主要以1976年美国原麦道公司研制成功FA-18复合材料机翼作为里程碑，此时复合材料用量已提高到了13%，军机结构的复合材料化进程进一步得到推进。此后世界各国所研制的军机机翼一级的部件几乎无一例外地都采用了复合材料，其复合材料用量不断增加，如美国的AV-8B、B-

2、F/A-

22、F/A-18E/F、F-

35、法国的“阵风”（Rafale）、瑞典的JAS-

39、欧洲英、德、意、西四国联合研制的“台风”（EF2000）、俄罗斯的C-37等，具体如表1所示。

应该指出继机翼、机身采用复合材料之后，飞机的最后一个重要部件——起落架也开始了应用复合材料，向着全机结构的复合材料化又迈进了一步。复合材料用在起落架上是代钢而不是代铝，可有更大的减重空间，一般可达40%左右。

2.复合材料在民用航空上的发展

继军机之后，国外大型民机也大量采用复合材料，以波音飞机为例，其进程大致走过了四个阶段：第一阶段：采用复合材料制造受力很小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件，该阶段于上世纪70年代中期实现。第二阶段：制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力较小的部件，该阶段约于80年代中期结束。第三阶段：制造垂尾、平尾受力较大的部件，突破了尾翼级部件在大型客机上的试用，随后B777设计应用了复合材料垂尾、平尾，共用复合材料9.9吨，占结构总重的11%。第四阶段：在飞机最主要受力部件机翼、机身上正式使用复合材料，如波音公司正在研制的B787“梦想”飞机，其复合材料用量达50％。下图为B787“梦想”中复合材料的使用情况。

图中深蓝色部分为飞机的碳层合板，用于机身主体的机构，浅蓝色为碳夹芯板，用于飞机的尾翼部分和侧翼的少部分部件，绿色部分是玻璃纤维，红色部分为铝，黄色部分为铝/钢/钛吊架。

空客也于70年代中期开始了先进复合材料在其A300系列飞机上的应用研究，经过7年时间于1985年完成了A320全复合材料垂尾的研制，此后A300系列飞机的尾翼一级的部件均采用复合材料，将复合材料的用量迅速推进到了15%左右。已于2005年初下线并首飞的A380超大型客机，其复合材料用量达25%，主要应用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，开创了先进复合材料在大型客机上大规模应用的先河。

上面的图为空客大型民机结构用复合材料的进程。

3.复合材料在我国飞机制造的应用

我国于上世纪 70 年代已开展军机用先进复合材料的研究。“六五”期间作为预研项目研制了两个机型的复合材料垂尾，1985 年开始研制某型机带整体油箱的复合材料机翼，90 年代初研制了某型机复合材料垂尾和前机身，此后多种机型均正式采用了复合材料，其复合材料用量接近10％。

虽然我国在航空和汽车领域中，对于复合材料已经有了一定的了解和应用，但是复合材料的开发和投用在我国仍是一个重大的难点，我国航天事业起步慢，也没有核心技术的支持，但是我相信，在长期的努力之下，我们国家一定会拥有自己的复合材料的技术，并用于飞机，汽车等的制造中。

三．飞机结构复合材料在将来的发展及前景

人们以前一直担心树脂基复合材料结构的使用寿命问题，30多年来的应用发展历史证明了先进复合材料具有优异的使用性能，使用寿命不成问题，这也是目前飞机结构复合材料用量大幅提高的基础和前提。自20世纪70年代先进复合材料进入飞机结构以来，各种飞机从未因大量使用复合材料引发飞行事故，这无疑为复合材料的应用增加了信心和安全置信度。最早的装机件历经30余年的使用，已到设计的使用寿命，最近的检测结果表明，空中使用和地面验证情况相符，疲劳和使用环境未造成剩余强度下降，仍可承受既定的设计载荷，绝大多数制件至今仍处于良好状态。曾以为树脂基复合材料的老化可能是影响使用的严重问题，国外的大量使用经验证明，老化不成问题，性能衰退未超过使用要求。同时使用经验还表明，复合材料随飞机结构成功地经受了疲劳与温度、吸湿及腐蚀等环境的考验，有些问题并不像当初预计的那样严重。实践还使人们认识到复合材料越是用于主结构问题越少，使用性能可能更好。如复合材料薄板，特别是薄的蜂窝结构面板常出现冲击损伤容限等问题，但主结构板厚增加，如A380中央翼盒处板厚可达45mm，损伤阻抗能力提高，损伤容限已不成问题。当板厚超过8mm损伤容限问题会急剧下降，厚板的吸湿、温度传导等问题均会下降，机体结构内部的框、梁、肋用复合材料冲击、吸湿、耐温等敏感问题也会相应下降，因此材料许用值和结构设计值可适当放宽。国内20余年的飞机结构用复合材料结果也表明复合材料确是一种使用性能优异的新材料。

如今复合材料在四大机种上的大量应用，已形成目前世界航空领域再度起飞的发展新态势，事实雄辩地证明复合材料是实现飞机现代化的必由之路，飞机结构复合材料化也是大势所趋。未来飞机特别是军机为了进一步达到结构减重与降低综合成本，复合材料将不断取代其他材料，用量继续增长。美国一报告中指出：到2020年，只有复合材料才有潜力使飞机获得20%～25%的性能提升，复合材料将成为飞机的基本材料，用量将达到65％。

2000年统计，铝，钢，钛，复合材料各占飞机部件材料的65%,15%,5%,15%。铝占的比重仍然是最大的，而预计将来，复合材料降占主导位置。下图为现在与将来预计飞机用材料比例图。

飞机结构用复合材料的发展趋势概括起来可归纳为以下几个方向：（1）高性能化。高性能化趋势从材料角度主要体现在三个方面，一是提高力学性能，二是提高耐热性能，三是提高耐服役环境性能。

（2）多功能化。同一结构实现多种功能是复合材料的优势之一，如承力/吸波，承力/吸波/减振、降噪一体化是飞机结构用复合材料的一个重要发展方向。要实现多功能化，设计是首位，材料是根本，工艺是保证。

（3）智能化。智能化对提高结构效率和可靠性具有重要作用，是飞机结构设计越来越重视的方向。开发飞机结构用复合材料自感知、自诊断、自适应智能化技术，可以实现复合材料飞机结构噪声抑制、振动控制、主动变形、健康监测。

（4）低成本化。这是一个永恒的主题。成本过高仍是制约飞机结构大量应用复合材料的主要障碍，因此低成本化仍为复合材料发展中急需解决的关键技术。低成本化重点考虑制造技术低成本化、设计方法低成本化、全寿命低成本化。

（5）制造过程数字化。有利于减少试验量，缩短研制周期，降低废品率及提高生产效率。应发展复合材料制造过程模拟与工艺参数优化技术，实现复合材料制造过程数字化与飞机结构设计数字化趋向相适应。

（6）设计制造一体化。在设计阶段就考虑制造与装配中的问题，可加快产品研制进度, 提高质量，有效降低成本。采用全新的设计理念和手段，将设计和制造融为一体，是复合材料发展的又一个重要趋势。

飞机的绝大部分结构将采用复合材料的这一预言已经实现，人们期待着复合材料在飞机上更广阔的应用前景，甚至全复合材料飞机的出现。随着材料方面的新进展，比如智能复合材料的出现，以及复合材料设计／制造技术朝着数字化、集成化、知识化等方向的不断发展，将会大大加速这一进程。

近年来，我国的复合材料技术得 到了迅速发展，开始朝着实现复合材料构件设计、制造、检测一体化方向发展。借鉴国外的先进技术和经验，对加速我国的复合材料技术的发展、扩大复合材料的应用具有重要意义。

第五篇：第二章 复合材料在飞机上的应用综述

课 题

图1 复合材料制作的零部件

图2 民用大型飞机复合材料分布图

1.复合材料的应用特点

随着航空航天科学技术的不断进步,促进了新材料的飞速发展,其中尤以先进复合材料的发展最为突出。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料,耐高温的纤维增强陶瓷基复合材料,隐身复合材料,梯度功能复合材料等。飞机和卫星制造材料要求质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀,这些苛刻的条件,只有借助新材料技术才能解决。

复合材料具有质量轻,较高的比强度、比模量,较好的延展性,抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温,独特的耐烧蚀性、透电磁波,吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点,是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。2.飞机机身上的应用 2.1.飞机机身结构上的应用

先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体结构制造上。

飞机用复合材料经过近40年的发展,已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件,可获得减轻质量(20~30)%的显著效果。目前已进入成熟应用期,对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑,其设计、制造和使用经验已日趋丰富。迄今为止,战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30%左右,新一代战斗机将达到40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70~80)%左右,甚至出现全复合材料飞机。

“科曼奇”直升机的机身有70%是由复合材料制成的,但仍计划通过减轻机身前下部质量,以及将复合材料扩大到配件和轴承中,以使飞机再减轻15%的质量。“阿帕奇”为了减轻质量,将采用复合材料代替金属机身。使用复合材料,未来的联合运输旋转翼(JTR)飞机的成本将减少6%,航程增加55%,或者载荷增加36%。以典型的

2.2.飞机隐身上的应用

近几十年来,隐身复合材料的研究取得了长足进展,正朝着“薄、轻、宽(频谱)、强(耐冲击、耐高温)”方向发展。美国最先将隐身材料用在飞机上,用隐身材料最多的是F-117和F-22飞机。F-117的隐身涂层十分复杂,有7种材料之多。

例如,它的机身、机翼、副翼及尾翼等采用了瓦片状吸波材料,为了加固这种瓦片状材料在底层采用了Filcoat材料,它是碳纤维增强的环氧预浸带,用自动铺带法叠在吸波涂层下面。2000年,美空军对F-117的隐身材料进行更新,将原来的7种隐身材料涂层更换为1种,全部F-117将具有通用的维修程序和雷达波吸收材料,技术规程的数量减少大约50%。

改进后F-117的每飞行小时维修时间缩短一半以上,全部52架F-117的年维护费用从1450万美元降至690万美元。F-22不采用全机涂覆吸波涂层的方法,但在机身内外的金属件上全部采用了铁氧体吸波涂层,它是一种有韧性的耐磨涂料,较之F-117的涂料易于喷涂且耐磨。专家预测到本世纪30代,导电高分子电致变色材料、掺杂氧化物半导体材料、纳米复合材料和智能隐身等复合材料将实际用于飞机,它将使飞机的航电系统及控制方式发生根本性的变化。3.航空发动机上的应用 3.1.涡轮发动机上的应用

由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性,复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大,使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。(1)树脂基复合材料

凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好,阻噪能力强的优点,树脂基复合材料在航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。如JTAGG验证机的进气机匣采用碳纤维增强的PMR15树脂基复合材料,比采用铝合金质量减轻26%;F136发动机采用与F110-132发动机相似的复合材料风扇机匣,使质量减轻9kg。(2)碳化硅纤维增强的钛基复合材料

凭借密度小(有的仅为镍基合金的1/2),比刚度和比强度高,耐温性好等优点,碳化硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等部件上已经得到了广泛应用。(3)陶瓷基复合材料

目前主要的陶瓷基复合材料产品是以SiC或C纤维增强的SiC和SiN基复合材料。凭借密度较小(仅为高温合金的1/3~1/4),力学性能较高,耐磨性及耐腐蚀性好等优点,陶瓷基复合材料,尤其是纤维增强陶瓷基复合材料,已经开始应用于发动机高温静止部件(如喷嘴、火焰稳定器),并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮导流叶片等部件上。3.2.火箭发动机上的应用

由于火箭发动机喷管壁受到高速气流的冲刷,工作条件十分恶劣,因此C/C最早用作其喷管喉衬,并由二维、三向发展到四向及更多向编织。

同时火箭发动机设计者多年来一直企图将具有高抗热震的Ct /SiC用于发动机喷 管的扩散段,但Ct的体积分数高,易氧化而限制了其广泛应用,随着CVD、CVI技术的发展,新的抗氧化Ct /SiC及C-C/SiC必将找到其用武之地。

Melchior等认为C纤维CMC、陶瓷纤维CMC以及C/C复合材料,特别是以SiC为纤维或基体的CMC抗氧化,耐热循环和烧蚀,是液体火箭发动机燃烧室和喷管的理想材料,并进行了总数为31个的长达20 000 s的燃烧室和喷管点火试验,内壁温度高达1732℃,一个600 kg发动机成功地点火七次,温度为1449℃。

目前为解决固体火箭发动机结构承载问题,美国和法国正在进行陶瓷纤维混合碳纤维而编织的多向(6向)基质、以热稳定氧化物为基体填充的陶瓷复合材料。SiC陶瓷制成的喉衬、内衬已进行多次点火试验。今天作为火箭锥体候选材料的有A12O3、ZrO2、ThO2等陶瓷,而作为火箭尾喷管和燃烧室则采用高温结构材料有SiC、石墨、高温陶瓷涂层等。4.卫星和宇航器上的应用

卫星结构的轻型化对卫星功能及运载火箭的要求至关重要,所以对卫星结构的质量要求很严。国际通讯卫星VA中心推力筒用碳纤维复合材料取代铝后减质量23 kg(约占30%),可使有效载荷舱增加450条电话线路,仅此一项盈利就接近卫星的发射费用。美、欧卫星结构质量不到总质量的10%,其原因就是广泛使用了复合材料。

目前卫星的微波通讯系统、能源系统(太阳能电池基板、框架)各种支撑结构件等已基本上做到复合材料化。我国在“风云二号气象卫星”及“神舟”系列飞船上均采用了碳/环氧复合材料做主承力构件,大大减轻了整星的质量,降低了发射成本。5.复合材料在飞机上的应用方向

目前，复合材料在飞机上的应用已非常广泛，但在20世纪90年代初复合材料市场曾一度陷入低靡，究其原因是由于复合材料设计制造的复杂性造成了成本壁垒，人们开始认识到只有重视性能和成本的平衡，才能使复合材料展现辉煌。随着复合材料先进技术的成熟，使其性能最优和低成本成为可能，大大推动了复合材料在飞机上的广泛应用。本文在介绍国外复合材料在飞机上广泛应用的基础上，对作为技术保障的数字化设计技术和先进制造技术进行了分析研究。

从国外情况看，各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分，复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。下面介绍复合材料在飞机上应用的发展趋势。

5.1.复合材料在飞机上的用量日益增多

复合材料用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比表示，纵观复合材料在民机上的发展情况发现，无论是波音公司还是空中客车公司，随着时间推移，复合材料的用量都呈增长趋势。最具代表意义的是空客公司的A380 客机和波音公司最新推出的787客机。

在A380上仅碳纤维复合材料的用量就达32t左右，占结构总重的15%，再加上其他种类的复合材料，估计其总用量可达25%左右。787上初步估计复合材料用量可达50%，远远超过了A380。另外，复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势。

5.2.应用部位由次承力结构向主承力结构过渡

飞机上最初采用复合材料的部位有舱门、整流罩、安定面等次承力结构，目前已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。从1982年开始用复合材料制造飞行操纵面（如A310-200飞机的升降舵和方向舵），空客公司在主承力结构上使用复合材料已有20多年的经验。

在A380上采用的碳纤维复合材料大型构件主要有中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承压框、垂尾等，大量的主承力结构都采用了复合材料。787复合材料的应用则更让世人瞩目，其机身和机翼部位采用碳纤维增强层合板结构代替铝合金;发动机短舱、水平尾翼和垂直尾翼、舵面、翼尖等部位采用碳纤维增强夹芯板结构;机身与机翼衔接处的整流蒙皮采用玻璃纤维增强复合材料。与A380 相比其用量更大，主承载部位的应用更加广泛，这将是世界上采用复合材料最多的大型商用喷气客机。

5.3.复合材料在复杂曲面构件上的应用越来越多

飞机上复杂曲面零件很多，复合材料的应用也越来越多，比如A380机身19段、19.1段和球面后压力隔框等均为采用复合材料的具有复杂曲面的大尺寸受力组件，分别采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。在大型复杂曲面构件上应用复合材料最典型的例子，当属洛克希德·马丁公司在JSF项目中的复合材料进气道。采用纤维铺放技术制造的JSF 进气道，通道截面沿S形轴线由矩形向圆形过渡，同时直径逐渐变小，形状非常复杂。该进气道由4部分碳－环氧复合材料结构组成，采用夹芯结构增强刚度，实现减重并降低了成本。

在复杂曲面轮廓上应用复合材料存在潜在的制造变形问题，与铺层边界吻合的复杂曲面的铺层展开形状难以确定，更严重的是铺层甚至无法展开，在设计制造方面具有很大的难度，该类零件的设计具有挑战性。

5.4.构件向整体成型、共固化方向发展

飞机上大量采用复合材料的一个主要目的就是减重，而复合材料构件的共固化、整体成型能够成型大型整体部件，可以明显减少零件、紧固件和模具的数量。减少装配是复合材料结构减重的重要措施，也是降低成本的有效方法。

构件整体成型最有代表性的例子是PremieⅠ商务机采用纤维铺放技术制造的整体成型机身结构。该机身厚度为20.6mm，采用碳纤维增强复合材料作为面板的蜂窝夹层结构，消除了传统铝制机身中需要的桁条和框架，由此比相同尺寸的飞机增加了33% 的客舱空间，并带来了25%的减重。

PremieⅠ商务机的机身只有两个整体成型的部件构成，整个机身质量小于273kg，而同样大小的铝合金机身结构将包括加强筋、框架、舱壁、外蒙皮等，零部件数目超过3000个，质量至少为454kg。零部件数目的减少在很大程度上缩短了生产周期，减少了在制造和装配部件过程中的工时，从而大幅度降低成本。

然而，当越来越多的功能被集成到单一部件中时，复杂程度大大增加，使设计和制造具有更大难度，需要设计的创新以及制造集成零件的先进技术来保证。6.技术保障

由于复合材料设计制造的独特性，设计、材料、工艺要求一体化以及在主承力结构、复杂曲面轮廓上应用复合材料和构件整体成型所带来的问题，使复合材料构件的成本、性能都受到影响。

大量复合材料的应用具有很大的挑战性，必须以先进的复合技术作为技术保障，主要包括复合材料数字化设计、先进制造技术以及设计、制造一体化等。6.1.复合材料数字化设计

在复合材料数字化设计、制造环境下进行复合材料构件的结构设计、铺层设计、铺层展开以及制造数据准备等工作，复合材料专用设计/制造软件是不可缺少的工具。目前世界领先的复合材料专用设计/制造软件有CATIA CPD(CATIA-CompositeDesign)模块和VISTAGY 公司开发的FiberSIM 软件。前者与CATIA系统全面集成，后者亦能完全集成到CATIA、Pro/E 以及UG 等CAD 软件中。复合材料设计/制造软件与已有CAD 系统的集成提供了高效的复合材料数字化设计/ 制造工具。

复合材料数字化设计不仅包括构件的几何建模，更为关键的是体现制造信息的铺层设计。复合材料数字化设计分为初步设计、详细设计和制造准备3个阶段。

在初步设计阶段，先采用三维CAD 软件构建三维数字样机，定义构件的形状以及定位特征，以便在其工装设计以及数字化装配中应用。在几何建模的基础上，定位构件的结构区域，完成层合板的定义。

初步设计之后，进入详细设计阶段。依据分析软件的区域划分以及各区域的详细铺层定义数据，设计者定义构件的铺层集以及铺层集中的每一个铺层，包括几何轮廓、铺设角度、辅设顺序、材料类型、参考坐标系、相邻铺层集之间的铺层递减信息以及铺层集中铺层数目的定义等。完成铺层定义后，利用铺层分析工具对定义好的铺层进行分析，如指定位置的夹芯检查、剖切面检查以及重量和面积计算等，检验实际铺层与预期铺层定义的差别，并指导铺层的修改。

复合材料的制造准备阶段完成材料余量定义、三维实体生成、铺层展开以及技术文档的自动生成等。一旦设计者对铺层几何感到满意，一方面生成构件的三维实体以便在数字化预装配、工装设计等过程中应用；另一方面将构件的三维实体模型逐层展开，生成铺层展开数据，为制造应用做数据准备。设计信息在模型内定义后，使用复合材料设计/制造软件基于三维CAD 模型可以自动生成工程图纸、材料表、工艺流程卡、铺层页、箭标、铺层表等，是指导复合材料构件生产和装配的依据。一旦设计模型有所改动，文档自动更新以适应变化，极大缩短了设计时间。6.2.复合材料设计、制造一体化

除上述的数字化设计功能之外，复合材料专用设计/制造软件还提供数据接口以联系设计和制造环节，使制造与设计定义直接结合，实现设计、制造的一体化。三维模型建好以后，一边用于工装的设计制造，一边输入复合材料专用设计/制造软件完成基于三维模型的铺层展开。

铺层展开数据进一步提取通过数据接口生成下料机专用的排样下料文件、直接支持Virtek和General Scanning激光投影系统的激光投影编码（或提供中介APT 格式文件）以及用于纤维铺放的铺层文件等，通过数据接口将上述文件信息分别输入到排样系统、自动剪裁机、激光铺层定位系统和纤维铺放机等制造设备，自动进行优化排样、下料、各铺层精确定位以及纤维铺放等。

复合材料设计、制造一体化实现了零件三维模型到制造的无缝集成，极大地减少了不准确的铺层尺寸和铺设方向，提高了产品质量，同时自动切割和优化排样减少了材料浪费，激光铺层定位消除了手工切割样板和手工铺层样本，降低了成本。6.3.复合材料先进制造技术

传统的复合材料制造技术自动化程度低，致使复合材料构件存在质量分散性大，生产成本居高不下等问题。近年来出现的各种各样的自动化程度较高的复合材料先进制造技术，比如纤维铺放、树脂膜转移成型/树脂膜渗透成型及电子束固化等，对提高生产效率、提高构件质量、降低成本起到了关键作用。

纤维铺放技术是自动铺丝束技术和自动窄带铺放技术的统称，是在已有缠绕和自动铺放基础上发展起来的一种全自动制造技术，适用于机身等大型、复杂型面结构的制造。纤维铺放技术是近年来发展最快、最有效的复合材料自动化制造技术之一，应用也非常广泛。预成型体复合材料液体成型工艺技术（LCM）是先进树脂基复合材料低成本制造技术的一个重要方面，目前已获得相当成功的有RTM 和RFI 工艺，为制造集成零件的最先进技术之一。在零件固化方面，传统的热压罐固化初期投资大，要求高温高压，大型制品还受到成型设备大小的限制，采用电子束固化的目的是显著降低大型、复杂、整体结构复合材料构件的固化成本。另外，电子束固化与纤维铺放技术相结合，能够成型大型整体部件，对构件的整体成型、共固化有重要意义。

先进的复合材料技术为飞机制造企业带来了巨大的效益，对提高飞机的性能起着极重要的作用。例如，JSF飞机在复合材料进气道的研制中由于采用了数字化设计和纤维铺放等先进技术，最终将其设计时间由300h减少到150h，制造时间由450h减少到200h；西科斯基公司在S-92直升机坐舱罩的研制中通过采用先进技术，降低开发时间27%，减少更改超过90%；在整体成型Premie Ⅰ机身的过程中采用了纤维铺放技术，与手工铺层相比，使结构重量减少了20%，材料浪费减少了60%。

7.作业

7.1.简要陈述复合材料在飞机机身上的应用实例 7.2.简要陈述复合材料在飞机上的应用方向 7.3.简要陈述复合材料制造的主要技术保障条件 8.主要才考文献

《复合材料在飞机上的应用评述》 《复合材料在航空航天中的应用》