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（0）戰斗機是高新技術的綜合實驗場，戰斗機上復合材料結構的應用，代表了飛機復合材料結構技術發展水平現狀。 ;-<./，=>2>63，?@&***和 @-—0A?  @，@—&&等先進高性能戰斗機上復合材料結構重量已占結構重量 &.B一 .*B，機體結構表面積約 A*B為復合材料。前掠翼技術驗證機，美國 C—&/（0/A’年 0&月 0’日首飛，圖 0—%（>））和俄羅斯 <—.)“金雕”（0//)年 /月 &%日首飛，圖 0—%（D），即蘇— ’)），充分體現復合材料結構特有的氣動彈性剪裁特性，使均質各向同性金屬材料難以實現的前掠翼氣動布局方案得以實現。
（&）巨型隱身轟炸機 E—&重點開發復合材料整體成形制造工藝技術、隱身復合材料結構和隱身涂層技術，其機翼復合材料用量約達結構重量 *B。
（.）干線客機（運輸類飛機）從減重、耐腐蝕和可能降低成本考慮，積極、慎重地擴大復合材料結構應用。波音 )))和空中客車 -..*  -.’*飛機上復合材料結構的應用標志著飛機復合材料結構技術發展的成熟程度。波音 )))飛機上復合材料用量已占結構重量近 0*B，約 /9，占飛機表面積約 .%B。
（’）小型公務機和運動飛機，其主要結構均為復合材料結構，復合材料用量約達結構重量 )*B，又稱全復合材料飛機。“星舟”（ <9>F<G1H）公務機和創下不著陸、空中不加油環球飛行世界紀錄的“旅行者”號（I75>J3F）就是典型代表。
我國從 &*世紀 A*年代開始，將復合材料應用技術研究列入重點發展領域。復合材料應用基本實現了從次承力構件到主承力構件的轉變。復合材料的垂直安定面、水平尾翼、方向舵、前機身等構件已在多種型號飛機上使用，可以小批量生產。帶
•.’•
 
整體油箱復合材料機翼等主承力結構已裝機試飛成功。航空先進復合材料已進入實
際應用階段。
復合材料開發與結構應用歷程的簡要回顧，充分說明飛機復合材料結構，特別是
戰斗機復合材料結構應用對復合材料結構技術發展具有巨大的推進作用。因此，復
合材料結構設計以復合材料飛機結構設計進行闡述，涵蓋面較寬，其所述內容同樣可
供相關行業工程技術人員參考。
第二節 復合材料性能和制造工藝特點
一、復合材料的構成
復合材料是由兩種或兩種以上材料獨立物理相，通過復合工藝組合構成的新型
材料。其中，連續相稱為基體、分散相稱為增強體，兩相彼此之間有明顯的界面。它
既保留原組分材料的主要特點，并通過復合效應獲得原組分材料所不具備的性能。
通過材料設計可以使各組分材料的性能互相補充、彼此聯系，從而獲得優越性能。
先進復合材料的分類，如圖 "  所示。
目前結構上應用的纖維增強樹脂基復合材料是由纖維、基體和界面三個結構單
元構成。高模量、高強度的增強纖維是承載主體，決定沿纖維方向的強度和模量；樹
脂基體提供了對纖維的支持和保護，同時決定橫向（垂直纖維方向）的強度和模量，層
合結構的層間性能也主要由基體性能確定；界面將纖維和基體粘接在一起，并實現纖
維與基體間的載荷傳遞，從而構成了沿纖維方向具有高強度、高模量的新型材料。
二、復合材料性能特點
從結構應用角度分析，復合材料性能與金屬材料相比，有以下特點：
（）材料基本性能呈方向性和線彈性特征
金屬材料通常是各向同性材料，有屈服或條件屈服現象。而先進復合材料單層
性能具有明顯的方向性。單向板沿纖維方向（縱向 %&）力學性能高于垂直纖維方向（橫向 ’%&）性能和縱橫剪切性能約 —(個數量級，并且應力 應變曲線直至斷裂，基本上呈線彈性關系。分析證明，其偏離纖維方向的力學性能可以在縱向性能和橫向
性能之間有規律地變化；同樣，熱 )濕膨脹系數等物理性能也有方向性。
（(）層合板剛度和強度性能可“剪裁”，但層間強度低，對垂直層合板平面的載荷
敏感
層合板性能可以利用層合板理論，選擇每個單層鋪設角、鋪層比、鋪層順序來得
到，即設計師通過設計每層纖維的取向獲得所需的層合板剛度和強度性能，恰似量體
•"+*•
 

圖  " "復合材料分類示圖
裁衣，故稱剪裁設計。層合板性能剪裁設計，不僅可以獲得所需的面內剛度和彎扭剛
度，而且還可獲得獨特的面內（拉伸、壓縮、剪切）與面外（彎曲、扭轉）之間的耦合剛
度。這是復合材料特有的耦合效應，是翼面氣動彈性剪裁的基礎。
層合板層與層之間的強度，即垂直層合板平面方向強度，是由樹脂基體和界面強
度決定的，因此層間拉伸強度和層間剪切強度很低，比面內強度低  %&個數量級，因
此，對垂直層合板平面的載荷敏感。
（）對濕熱環境敏感
濕熱環境下，樹脂基體會吸收少量水分（增強纖維中只有芳綸吸收水分）。所吸
收水分引起復合材料構件尺寸發生變化（濕膨脹）、玻璃化轉變溫度丁，下降（最高使
用溫度下降），以及與基體和基體一纖維界面相關的壓縮和剪切力學性能下降。目
前，濕 ’熱環境條件下復合材料壓縮性能已成為篩選樹脂基體的重要指標之一。
（(）主要缺陷 ’損傷形式— ——分層和沖擊損傷
裂紋是金屬結構主要損傷形式，并根據裂紋萌生、擴展、斷裂過程研究建立了金
屬結構的耐久性與損傷容限要求和設計分析技術。
復合材料結構在制造和使用過程中，可能出現多種缺陷 ’損傷形式，如：空隙率超
標、分層、表面劃傷、不合格（機械加工）孔、外來物沖擊損傷等。分層是目視表面不可檢的層與層之間的分離。分層可使復合材料層合結構性能，特別是壓縮強度明顯下降。外來物沖擊損傷按目視可檢程度（或沖擊能量）大致可分為目視勉強可檢損傷（)*+,）（低能量沖擊損傷）、目視可檢 ’易檢損傷（ *+,，-*+,）（中等能量沖擊損傷）和穿透性損傷（高能量沖擊損傷）。沖擊一旦造成大于目視可檢的損傷，復合材料層合結構壓縮承載能力隨之即突然明顯下降。因此，分層和沖擊損傷成為復合材料結構的主要缺陷 ’損傷形式。質量控制允許（尺寸）的分層和目視勉強可檢損傷歸結構 •..•
　
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