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关于民航复合材料技术发展的回顾及展望论文

在学习和工作的日常里，你们都不可防止地要接触到论文吧，通过论文写作可以培养我们独立探讨和创新的能力。坚信这些同事都对写论文倍感十分痛苦吧，下边是小编为你们整理的民航复合材料技术发展的回顾及展望论文，仅供参考，你们一上去瞧瞧吧。

民航复合材料技术发展的回顾及展望论文篇1

复合材料自研制以来，被广泛地利用于民航工业中，比如在民用航天领域上，客机的大部份都是选用复合材料，在航天飞行器的许多零件只是由复合材料构成的，潜艇、运载鹈鹕等的应用更是普遍，由此可见复合材料对民航工业的重要性。虽然我国现在在复合材料的技术方面还不太成熟，因此我们要在前人的基础上不断探索发展之路。

1复合材料的发展历程

我国在1958年开始使用复合材料，早期便利用于航天工业。以后，我国的复合材料发展快速，复合材料被广泛地应适于各个领域。一开始，复合材料主要用在客机的声纳罩、副油箱等，但当初选用的是玻璃钢纤维，因为玻璃钢纤维的弹性很小，不能利用于班机受力大的部位，之后便出现了硼纤维，但硼纤维由于不能被长时间加工，因此只好用在客机维修方面，综合各方面诱因，碳纤维成了客机上主要使用的复合材料。现现在，复合材料借助着它抗磨蚀性好、成本低、使用时间长等特点应用在客机的各个方面。50多年过去了，我国的复合材料技术不断发展，现早已确立的民航航天材料基本机制可以满足我国现在民航航天需求，复合材料的生产能力和协作配套网路，也促使我国的航天工业处于稳定发展阶段，产生复合材料的所用的原材料也基本上是自产自销。似乎那样，我们在这些高水平研究上人与发达国家有较大的差异，优质的碳纤维和其他高水平的复合材料大多数是从其他国家买进的，这极大地限制了我国航天技术的发展。因此现在我们除了要提高复合材料的销量并且还得增加它的品质，只有复合材料的技术提升，我国的航天工业就会更快速地发展上去。

2复合材料的应用

2.1复合材料在军事方面的应用

复合材料在一问世时，就被应用在军事客机上，复合材料的使用使军机愈发轻便航空复合材料成型与加工技术，可携带更多的手雷。随着时代的发展，复合材料在军机上所占比重越来越大，所承当的任务越来越重要。复合材料不只是用在战机里面，在直升机上也广泛应用，复合材料并且直升机的净重减少，在起飞时节省时间，同时复合材料的应用还可以降低直升客机的空难机率，保障了战士们的安全。近几年，无人机的问世也掀起了一阵风潮，无人机的主要作用是携带枪械，作为战斗装备来使用，这就要求无人机在容积一定的状况下尽或许多的武器装备，复合材料使这个构想成为或许。RQ-4B高空长时间无人侦查机，除机身主结构为铝合金外，剩下的都是复合材料构成的。军事中不只是有战斗也有物资需求，辅以复合材料制造下来的小型运输机可以携带大量的军械物资，在战役中发挥很大作用。

2.2复合材料在民用方面的应用

目前复合材料逐渐应适于民用客机上。因为民用客机与战机不同，民用客机载人数目多、重量大，因此这就要求客机的结构结实。在早期，复合材料只用在一些辅助性的结构上，例如我们所熟知的波音号班机，在前几个规格上，复合材料的应用不足10%，而之后随着复合材料技术的不断精进，几年以后波音787上的复合材料居然占到机身总净重的一半甚至广泛应用在主要受力结构上。复合材料在民用客机上大范围使用这是民用客机史上的一次重大改变，复合材料让客机愈发轻便，硬度更高，使用期限更久同时也使客机的'安全性得到了保障，复合材料的还致使客机的费用上涨，因此，复合材料在民用民航的前景必定非常光明。

2.3复合材料在航天的应用

当航天技术开始研究时，科学家们就提出必需要用先进的、轻便的、耐用的材料来制做。航天客机最主要的任务就是以最低的费用，用可持续运用的飞行器，把尽或许大的有效荷载送上月球中。那时侯人们就开始研发高科技材料，经过不断的实验和技术的提升，人们发觉复合材料除了具备高比硬度、高比挠度和净重轻等特点，这些复合材料也有可以冲压、耐磨蚀等奇特的特点，这种特点都十分符合航天客机结构材料要求尤其适用于轨道器结构系统中。在航天客机上，它的推力结构用的是硼/丙烯酸、铝/硼和石墨/丙烯酸等复合材料，在环型框架、大梁、衍条、蒙皮横梁、连接件中也选用了大量的复合材料，储箱的衬桶上用玻璃纤维紧扣着，壳体用玻璃纤维和蜂窝纤维包裹，航天客机上复合材料的药量高达190多公斤。

3复合材料技术未来的发展

复合材料的发展历史和在航天工业的应用我们早已有所了解，复合材料的重要性早已不言而喻，因此复合材料的前景是非常光明的并且到现在为止，复合材料还没有被普遍地使用，究其根由有这几方面：第一是复合材料的造价太贵，这并不是说复合材料的费用高，它的费用是高于通常材料的，但因为技术的不成熟和原料的不宽裕，综合出来它的造价是十分高的。第二是国外的复合材料原材料不符合标准，基础十分差。第三是由于我国的理论知识十分落后。因为历史缘由，我国的高新技术产业起步较迟发展较为平缓，复合材料在国外的应用也比较晚，这种诱因引起的是我国的复合材料技术很不健全。在航天工业中，我国许多复合材料依赖进口，本国并不能生产，因此我们面临的主要问题是怎样大力发展我们的技术，不再一味的向其他国际买进，产生我们自己的特色产品。

作者觉得应当从以下几个方面改进：(1)对民航航天与民用领域中广泛选用的材料诸如各类先进复合材料及一些传统结构材料进行精加工，逐步研发，使他们的费用上涨，可以广泛用在各个领域。(2)增强对复合材料原材料的改进。(3)运用发达的计算机技术来进行理论设计，提高了材料的耗费，达到省时省力保证品质和增加费用的目的。

4结束语

我国的复合材料技术在起步时就早已落后于其他国家，当复合材料的重要性越来越显著，应用前景越来越广泛时，我们不能再落后，国家应大力扶植复合材料在航天工业中的研究项目，在新世纪我国的航天工业会随着复合材料技术的发展逐步壮大，巍然于世界不败之地。

民航复合材料技术发展的回顾及展望论文篇2

美国民航报讯：随着人们对结构轻量化、制造手动化、设计多元化、能耗低碳化、废料可回收等需求地不断提高，复合材料正越来越多地步入制造业，在推动工业技术创新的同时航空复合材料成型与加工技术，也逐渐在多元化的工业产品中应用，推动材料市场蓬勃发展。民航作为先进复合材料药量最大工业领域，在复合材料的研制、制造技术的创新和应用等方面，都起到了核心推进作用。其实2019年随着波音系列停航、停产，全球民航制造业供应链深陷了纷乱和停滞。不过，全球民航制造业正在进行和正式到来的新项目，暗示着复合材料在未来10年内的使用仍将保持持续下降的态势。

GNK公司制造A350客机。

全球碳纤维复合材料的需求将继续下降

由中国复合材料世界网站举行的年度碳纤维会议于2019年末在韩国德克萨斯州诺克斯维尔举办。中国著名咨询机构AJR公司分享了2019年碳纤维复合材料方面的相关数据：2019年，全球碳纤维产品的总产能约为吨，全球碳纤维总需求为吨，其中约85000吨来自工业领域，包括风电能源、汽车、压力容器和基础设施。其中美本西青公司以57000吨的年产能在碳纤维供应链中独霸鳌头，相当于排行第2至第5位厂家总产能之和。到2020年末，全球著名厂家碳纤维产能预计将达到约吨。

未来风电能源（2025年为27300吨）、交通货运（2025年为22750吨）、基础设施建设（2025年为20800吨）和压力容器（2025年为19500吨）对碳纤维的需求最有或许实现迅速提高。预计到2025年，民航终端市场将须要30000吨的先进碳纤维，其中15500吨将适于商用客机。其余将适于外观、国防、公务机、通用民航、发动机、旋翼客机、无人客机和弹药。

空客A220船体正在北爱尔兰的赫尔辛基车间进行制造。

民航制造业对于复合材料产业的影响较大

1、事件对复合材料供应链形成不确定性影响

2019年全球民航制造业最大的负面丑闻来自于波音。灾难发生后，波音饱含了大量资源企图修正错误，但再次进行适航认证的时间超过预期，直接造成2020年1月该型号即将暂停生产，间接造成波音主要生产商斯普利特民航系统公司将项目中的职员进行调整和降薪。

生产进度的触礁在整个民航制造业中形成了严重的连锁反应，对复合材料行业也带给了直接影响。波音的“新型小型飞机”（NMA）计划延后。按照最初的计划，波音本应在2019年伦敦高交会中即将宣布NMA计划，并于2025年前后交付使用。但丑闻的发生，加之波音公司在777X底盘上碰到问题，虽然波音无法启动新项目并饱含大量资源。不仅波音自身的问题外，空客的适时出现也促使NMA计划的市场前景显得格外复杂，空客公司在2019年伦敦高交会中发布了新型号，可见是一款专门与NMA展开市场竞争的新机。他们惟一的差别在于，一款是单通道型号，另一款则为双通道。无论怎样，NMA本来计划独霸的细分市场份额，都将面临强悍对手的瓜分。

NMA计划之所以重要，是由于它代表了将要到来的全新客机设计观念，它有望像波音787、777X和空客A350一样，搭载由先进碳纤维复合材料制成的主要结构。之外，不止是NMA，从更长远看，波音737和空客A320等单通道客机有望被改进或取代，这两款型号现在都早已具有转换应用碳纤维复合材料部件的成熟条件，如果波音和空客为单通道客机建造和更换复合材料部件的速率才能与生产单通道客机的速率相匹配——大约是每月100架，这么民航复合材料制造业有望迎来产能的很大提高。假如两家公司在未来几年内宣布相关计划，预计在2028~2030年左右，大面积应用复合材料单通道客机或许即将投入营运。

不过，的触礁依然带给了时间上的不确定性。波音有或许决定加快737系列客机的取代升级计划，比原计划更早地举行复合材料装机取代工作。那样的决定有或许也会使得空客提早做出升级A320系列的决定，开发下一款全新的客机。简而言之，只要持续停产停航，整个民航制造业供应链的不确定性都会经常存在，民航复合材料供应链也将直接遭到影响。但从长远看，无论情势怎样发展，复合材料和相关制造技术一直是未来10年民航制造业内一致看好并重点发展的方向。

以色列的Alice是一款全复合材料、全电动9座客机。

2、摆脱热压罐将是未来民航制造业增强效率的关键

无论是NMA计划，还是未来单通道客机更迭，现在存在着未能解决的实质性问题。首要的问题就是在未来新客机中是否还要使用使得确定在这些部位使用复合材料。对于双通道的NMA，考虑到波音787、777X和空客A350系列供应链和制造工艺步骤早已十分成熟，几乎可以确定会大量应用复合材料。之外，与传统的铝合金结构相比，民航公司十分乐意接受耐用性更好、燃油经济性更佳、更便于维护的复合材料结构，那样的事实愈发坚定了制造业在小型民航结构件中继续使用复合材料的决心。

现有的材料和工艺组合，以热压罐固化的碳纤维/醇酸树脂预浸料为主，主要通过手动纤维铺放/纤维带铺放（AFP/ATL）或手工完成敷设。不过，适用于波音787和空客A350的材料与工艺开发于本世纪早期，早已相对老旧。虽然这么，相对成熟并经过常年验证的材料与工艺组合，依然比还在开发和认证中的新材料、新工艺更具优势。对于NMA来说，一方面，因为有应用新技术不慎重的前车之鉴，波音公司应当不希望投入资源开发过多的新材料和新工艺；另一方面，因为NMA的制造速率或许与波音787（12架/月）和空客A350（10架/月）类似，所以波音公司在开发和验证新材料工艺组合方面压力不小。因此，现有的成熟技术方案更有或许在NMA中胜出。这么倘若小型结构件对碳纤维复合材料推崇备至，详细使用哪种材料就成为业内需要解决的问题。

不过，上述的推论很或许会遭到单通道飞机取代计划影响。波音和空客现在的单通道客机737和A320一直是民航制造业中最成熟的产品。假如选择大量使用复合材料生产这两种型号，这么以现在的热压罐固化技术，实现以100架/月的速率为客机制造复合材料结构及零部件，虽然是不可行的。因而，开发新型单通道客机几乎肯定会选用非热压罐的材料与工艺组合，从而大大降低零部件的制造时间。

过去的五年间，一些新技术早已脱颖而出，可以肯定的是他们将在下一代的客机制造中广泛应用。这种技术将包括热塑性复合材料、树脂灌注成形和树脂传递模塑（RTM）等。波音和空客都通过各种研制计划开发和检测上述技术，力求将技术成熟度逐渐提高，并计划最晚于2025年前实现商用布署。

优步公司自行研发的eVLOT

空客正通过联合多家公司以及开启一些受到瞩目的研究计划寻求民航制造业创新的解决方案，其中最引人注目的是“明日之翼”计划。该计划的目标是开发一种高生丰度的商用客机船体结构制造方式，这些方式要比现在的船体制造技术在所有可考量的功耗指标方面都实现成人数级的增强。该项目由GKN航宇公司、英国国家复合材料中心（NCC）、诺格公司、斯普利特民航系统公司和索尔维复合材料公司为核心共同推动。现在，该计划早已步入推行阶段，正在评估使用RTM制造船体壁板、翼梁、翼肋和中央翼盒的疗效。GKN在2019年伦敦高交会中宣布早已为“明日之翼”计划生产了演示验护照，随后又在10月宣布交付缩比验护照制造工具。“明日之翼”计划的推出意味着在未来船体制造过程中才能实现更好的手动化、更少的零件使用、更短的制造周期、更快的结构测试以及更快的工装速率。

对于民航制造业来说，船体结构树脂灌注工艺并不是一项新技术，现在早已有两款商用客机使用了这些制造方式：空客A220和伊尔库特MS-21，均为单通道客机。A220前身是由庞巴迪公司开发的C系列公务机，于2018年转让给空客公司。该机的树脂灌注船体由庞巴迪公司坐落北挪威奥斯陆的车间制造（庞巴迪公司于2019年10月将该车间业务转让给斯普利特民航系统公司，竞购正在进行中）。美国联合客机公司正在为美国市场生产MS-21。其船体由苏联民航复合材料公司制造，使用的是索尔维公司提供的单组分树脂机制。空客A220和MS-21的反例阐明，树脂灌注成形对商用客机而言是可行的，并且这两款客机的树脂灌注速率都相对较慢。该技术应当逐步成熟到可以满足高速率制造的要求。树脂灌注成形主要应用对象是喷管。

因为单通道客机机身长度比双通道客机薄，所以多年来，民航制造业始终无法分辨复合材料是否适用于单通道客机的机身。假如使用现有的复合材料和工艺制造更薄的纵梁，机身的费用和净重均无法承受。因而，找到一种才能提供纤薄机身且费用恰当的复合材料及工艺组合，是单通道客机应用复合材料机身所面临的最大挑战。热塑性复合材料则瞄准机身结构作为主要应用对象。

在德国，这项工作正通过“洁净夜空2”计划中的“下一代多功能机身验证”（MFFD）项目进行深化。该项目从而最大限度地提高结构紧固件应用，提高机身、系统、货舱、机舱的一体性和集成度。热塑性复合材料可以通过冲压工艺满足上述要求。GKN公司是开发热塑性民航结构最活跃的公司之一，他们在2019年JEC复合材料展览中展示了为湾流民航公司制造的热塑性复合材料机身面板。该面板具备互连的网状铆接结构，展现了MFFD项目中所构想的多功能性。这阐明该技术正逐渐走向成熟，有望在单通道商用客机中应用。

非常是波音公司正努力将宽度不大的结构部件（托架、夹具、紧固件等）由酚醛复合材料转换为使用热塑性复合材料。专门从事连续压制成形的热塑性复合材料学者ATC制造公司，正在领导这项工作。不仅机身，热塑性复合材料早已在现役客机其他结构中取得重要应用进展。

来自日本的树脂制造商推出了一款名为PAEKAE250的低沸点聚芳醚酮（PAEK）树脂，可在生产线中预浸碳纤维带和层压板，在复合材料行业中造成风靡。现在民航制造业中广泛使用的热塑性复合材料主要树脂成份为共聚物醚酮（PEEK），其熔体气温为350℃，而PAEK的熔体气温仅为305℃，对于热塑性复合材料来说，减少晶粒的熔体气温意味着可加速材料的加热/冷却周期，降低循环时间，提升制造效率。运用这些气温的差异，可实现在PAEK层压板上冲压成形PEEK基结构，如肋骨、固定夹等。索尔维公司于2019年9月宣布扩大其在中国加利福尼亚州阿纳海姆车间的产能。该车间主要生产适于PEEK、PEKK或PAEK树脂预浸的碳纤维双向带。自2016年以来，不断地改造和工艺步骤的持续优化，早已使该车间的产能提高了4倍。在热塑性复合材料的原材料方面，法国也取得了最新进展。

3、传统的高聚物复合材料仍有发展空间

虽然热塑性复合材料技术发展热度持续回暖，但环氧复合材料现在依然是生产大规格机身面板的主力军。斯普利特民航系统公司在2019年的伦敦高交会中推出了其最新研制适于单通道客机的ASTRA（先进结构技术和革命性结构）机身面板。为开发这款面板，斯普利特公司研制了一种名为“薄板桁条技术”的新机身设计。斯普利特公司表示，与现有的结构和生产方式相比，ASTRA可以节约30%的费用，而且可满足每月60件的出货速率。通过化学功耗具体检测，ASTRA机身满足了对单通道客机的所有硬度和挠度要求。与斯普利特类似，但是宽度较小，法国公司在伦敦高交会上展出了另外一种肋骨提升“网格/纵梁结构”。该结构是通过树脂涂敷干碳纤维制成的。即便在工装中制造了肉肠，就可以通过AFP/ATL工艺在其上铺放纵梁结构，于是再将结构整体固化。

新兴民航市场发展有助于复合材料行业持续下降

民航制造业在未来20年对于新客机的需求量一直是较大的，除了这么，一些新兴民航市场的出现，也对先进复合材料技术发展的促进作用显著。

1、超声速客机“归来”，先进复合材料是应用关键

超声速客机其实仍然不是主流，但在全球商用民航市场中仍居于冰山一角。目前有几家公司正企图恢复超声速客机昔日的荣光，其中，中国Boom航宇公司正在研制全复合材料的超声速客机，命名为“序幕”（）。Boom公司在2019年的伦敦高交会中表示，Boom正式完成XB-1靶机的研制工作，该机是“序幕”的缩比验证机，将于2020年夏季即将推出。“序幕”的最高车速为2.2马赫，巡航高度为60000公尺（约19354米），仅需7个小时即可将运送55~75名乘客从伦敦飞抵纽约，从芝加哥特区开往巴黎仅需3.5小时。另外，“序幕”将使用普罗米修斯燃料公司提供的一项创新技术——利用可再生资源形成的电能将大气中的甲烷转换为客机燃料，以便使客机实现零碳排放超声速飞行。

超声速客机的归来，对客机结构设计有了新的要求：不仅继续追求轻量化外，对于结构尖端边沿部位的热防护也尤其关键，先进复合材料只是超声速客机能够完美“归来”的关键。

2、航空机电时代到来，先进复合材料是核心技术

城市空中交通（UAM）作为新兴民航市场的潜力正在被逐渐挖掘，但是整体规模不大，但这一领域在2019年仍显著体现了下降态势。UAM包括各类大型客机（可容纳4~10名旅客），客机的工作范围有所不同，详细取决于飞行器的大小及其推行系统，其目标是在城市内或城市间运送人员或物资。优步公司正在自行研制的电动平行起降客机（eVTOL）最大续航里程仅为60公里（96千米）。考虑到对结构净重对电瓶电量影响，在eVTOL中使用轻质复合材料结构早已成为刚需。因而，超出150家eVTOL的开发商正在大力投资和招募复合材料安装工程人才。这一领域面临的挑战是，eVTOL市场很或许还要健全与商用民航市场同等严苛的认证标准，但同时产品定位上又要求取得更高销量，进一步延展至车辆领域。在这些需求的驱动下，人们追求复合材料制造步骤的手动化，以实现生产效率提高、成本增加、质量增加并达到产品合格率要求。虽然发展快速，但在eVTOL投入营运前，仍有许多工作要做：包括产品认证、空域管理、安全标准、起降位置等也有待起草和确定。首批eVTOL或许要到2024~2025年前后才被准许投入营运。

除eVTOL外，UAM领域内另一种将极大消耗复合材料的产品是全电动商用客机。2019年伦敦高交会中展出了Alice，是由以色列公司开发的全电动、全复合材料客机。Alice是一款9座的支线飞机，其巡航速率约为445千米/时，续航里程为1000千米。公司预计将于2020年末或2021年初荣获认证。

Alice的诞生暗示着商用民航货运的一个新兴领域——全电动支线货运机时代正式到来。eVTOL和电动客机（混和动力推动系统）的发展，除了是能源系统的一次革命，同时只是对飞行器布局和结构设计的创新。从现有的发展趋势判定，先进复合材料无疑是主要结构用材的“种子拳手”，是民航机电时代的核心技术之一。

作为21世纪第三个10年的开局，复合材料行业在经过了产业调整和行业洗牌后，正式开启全新篇章。由民航航天推动发展的先进复合材料，早已逐渐向车辆、风电能源、船舶并且轨道货运行业幅射，中高端复合材料也将在医疗器械、文娱体育等民用产品中取得广泛应用，释放产能短缺的压力。总体来看，未来10年，复合材料将展现功耗不断突破、应用全面普及的多样化发展态势，成为促进材料科学、技术和产业的进步主要动能。

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