前言
      2002年10 - 11月，作者在美國北卡羅來納州首府洛利( Raleigh，NC)參加了2002年世界碳纖維會( Global Outlook for Carbon Fiber2002)，碳纖維復(fù)合材料在民用航空上的應(yīng)用也是其中議題之一，美國波音公司的SCOTTKRAJCA在會上還就此作了專題報告。會后參觀、訪問了北卡羅來納大學(xué)國家紡織實驗室(State Textile Laboratory, North Carolina StateUniversity)和土木工程系，阿拉巴馬大學(xué)材料工程系（Departmentof Materials Engineering,Universityof Alabama），喬治亞理工大學(xué)復(fù)合材料教育研究中 心 ( Compo-site Education and ResearchCenter, Georgia University of Technology) 、 材料科學(xué)與工程系和機械工程系等，與有關(guān)教授、專家和學(xué)者，討論、交換對碳纖維、復(fù)合材料與先進材料技術(shù)現(xiàn)狀、應(yīng)用與發(fā)展的看法，有很大收獲。本文簡要介紹碳纖維復(fù)合材料在民用航空工業(yè)上的應(yīng)用，包括：從1960年代至今復(fù)合材料在世界上大型客機上的應(yīng)用、當(dāng)前最先進和超大

型客機的代表，美國波音公司B777和歐洲空中客車公司A380-800飛機上復(fù)合材料使用情況以及國外對復(fù)合材料在民用航空上應(yīng)用的看法等，供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家們參考。

1、   復(fù)合材料在大型民機上的應(yīng)用

      先進復(fù)合材料具有高比強度、高比模量等優(yōu)點，在飛機上采用先進復(fù)合材料可以大幅度減輕機體結(jié)構(gòu)質(zhì)量、改善氣動彈性，提高飛機的綜合性能，因此先進復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用不斷得到擴大。根據(jù)美國復(fù)合材料制造商協(xié)會統(tǒng)計，2001年世界上飛機生產(chǎn)對碳纖維的需求量約為900-1 000t。

      從大型民用飛機發(fā)展來看，美國波音公司第一代大型民用客機B707上沒有采用復(fù)合材料，復(fù)合材料的用量為0。第二代B747上復(fù)合材料的用量為2% - 3%，已經(jīng)有了明顯的增長。B757和B767屬于第三代大型客機，復(fù)合材料的用量增加到3% - 5%。波音公司最新的B777第四代大型客機，采用復(fù)合材料達到8-9t，占該機結(jié)構(gòu)質(zhì)量的g%左右。歐洲空中客車公司生產(chǎn)的超大型客機A380-800可搭乘555名旅客，起飛質(zhì)量

56t，復(fù)合材料的用量高達25%。

       從1960年DC-9飛機到2004年A380-800客機，復(fù)合材料在大型民用飛機上的用量根據(jù)美國宇航局( NASA)哈里斯(Harris，C．E．)和夏特( Shuart，M．J．)的統(tǒng)計詳見表1。 
          

         由表1對復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用可得出如下結(jié)論：

       (1) 世界上最大、最有影響生產(chǎn)大型民用飛機公司主要有美國波音公司、美國麥克唐納 道格拉斯公司（簡稱麥道公司）、美國洛克希德公司和歐洲空中客車公司，因麥道公司已被波音公司兼并，洛克希德公司己退出民用飛機市場，因此，復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用，實際上就是看美國波音公司和歐洲空中客車公司在大型民用飛機生產(chǎn)中采用復(fù)合材料的水平。

      (2)復(fù)合材料在大型民用飛機上的應(yīng)用不斷擴大。隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料在大型民用飛機上的用量不斷增長，從1960年DC9的用量不足1%，1980年代逐步增長到A310的10%左右，而到2003年復(fù)合材料在A380的用量高達25%。

      (3)復(fù)合材料在大型民用飛機上的應(yīng)用已接近在先進軍用飛機上的應(yīng)用水平。F22是當(dāng)前美國最先進的軍用飛機之一，復(fù)合材料的用量在26%左右。而2003年歐洲空中客車公司生產(chǎn)的A380超大型客機，復(fù)合材料的用量也高達25%，表明復(fù)合材料在先進軍用飛機和先進的大型民用客機上的用量已相當(dāng)。

     (4)歐洲在大型民用飛機上采用先進復(fù)合材料量己大大高于美國。從表1可明顯地看出，歐洲空中客車公司生產(chǎn)的大型民用飛機，其復(fù)合材料的應(yīng)用程度比美國要高得多。歐洲空中客車公司，在1985年生產(chǎn)的A300-600，復(fù)合材料的用量已經(jīng)達到5% - 6%，該公司生產(chǎn)的A320、A321、A322等復(fù)合材料的用量都達到或超過15%，而A380高達25%。美國波音公司在1990年生產(chǎn)的B747-400，復(fù)合材料的用量僅為~2%，1995年生產(chǎn)的B777是美國波音公司生產(chǎn)的大型民用飛機中采用復(fù)合材料最高的，復(fù)合材料的用量也只有～9%，遠遠低于同時期歐洲空中客車公司生產(chǎn)大型民用飛機復(fù)合材料的采用量。

2、復(fù)合材料在美國波音公司B-TT7飛機上的應(yīng)用

      美國波音公司的B777客機應(yīng)用復(fù)合材料的比例達到9%，是該公司應(yīng)用復(fù)合材料比例最高的民機機種，在B777客機上，先進復(fù)合材料主要應(yīng)用在飛機尾翼、襟翼、副翼、天線罩、整流罩、短艙和地板梁等構(gòu)件，具體包括：

      (1)垂直安定面翼盒；

      (2)平尾翼盒；

      (3)方向舵；

      (4)升降舵；

      (5)前后緣壁板；

      (6)地板梁70根；

      (7)外側(cè)副翼；

      (8)外側(cè)襟翼；

      (9)襟翼；

      (10)襟副翼；

    （11）整流包皮；

    （12）內(nèi)外側(cè)擾流板；

      (13)后緣壁板；

      (14)發(fā)動機短艙；

      (15)發(fā)動機支架整流罩；

      (16)前起落架艙門；

    （17）機身下主起落架艙門；

      (18)固定前緣；

      (19)雷達天線罩等。

      美國波音公司制備碳纖維復(fù)合材料的原材料主要采用日本東麗公司的產(chǎn)品，包括：T800H高強中模碳纖維、3900-2增韌環(huán)氧樹脂等，用T800H高強中模碳纖維增強3900-2增韌環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料T800H/3900-2，用于制造B777的主承力構(gòu)件。S-2玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂用于制作雷達天線罩。玻璃纖維和碳纖維混雜增強環(huán)氧樹脂用作機身下主起落架艙門和固定前緣。

      美國波音公司認為在波音系列客機中可以進一步采用碳纖維復(fù)合材料的主要有：機翼結(jié)構(gòu)與蒙皮、機身（前、后、中）及其蒙皮、壓力艙等。是否在下一代新機種上采用碳纖維復(fù)合材料要有一系列因素決定，減重絕對不是唯一決定因素，成本才是重要因素，性能和價格要統(tǒng)一考慮。這里必須指出，性能和價格除了通常人們所說的飛機速度、航程、載重等以及原材料價格、制造成本、設(shè)備與折舊、工資等等外，還要包括操作性能與費用、維護與費用、市場與銷售費用等，所有因素統(tǒng)一折衷平衡。所以全面的性能／價格比才是決定因素。

為了促進復(fù)合材料在民用客機上的應(yīng)用，一是要降低碳纖維復(fù)合材料成本；二是提高碳纖維復(fù)合材料制備效率；三是改進大型復(fù)合材料構(gòu)件制備工藝技術(shù)。

3、 復(fù)合材料在歐洲空中客車公司A380-800飛機上的應(yīng)用

      正在建造中的歐洲空中客車公司A380-800飛機長73m、高24.lm、翼展79.8m，在最經(jīng)濟有效的0.89M飛行速度下，航程1.4×10 m。它是民航飛機中最先進、最具代表性、也是采用復(fù)合材料比例最高的機種。A380-800飛機中先進維復(fù)合材料用量高達30 -35t，主要是碳／環(huán)氧復(fù)合材料，也包括GLARE（玻璃纖維增強鋁）和玻纖／環(huán)氧。此外，還有30t玻纖／酚醛復(fù)合材料，用于飛機的內(nèi)裝修。

      A380-800飛機復(fù)合材料構(gòu)件分別由空中客車各分公司和合作伙伴完成。空中客車法國分公司制造中機身，包括中翼盒、機頭和駕駛艙。BAE系統(tǒng)公司生產(chǎn)主機翼段?？罩锌蛙嚨聡止局圃鞕C身、前、后機翼（包括玻璃纖維增強鋁GLARE的組裝）、垂直尾翼和后壓力艙壁等?？罩锌蛙囄靼嘌婪止局圃旌髾C身、水平安定面、腹部整流裝置、方向舵和升降舵等。一些復(fù)合材料次承力構(gòu)件由歐洲、美國和日本等國轉(zhuǎn)包合同公司承擔(dān)。第一架A380-800的制造生產(chǎn)始于2002年1月23日，將最后于2004年在法國吐魯茲( Toulouse)組裝。A380-800的首飛亦將于2004年實施。

      A380-800飛機復(fù)合材料構(gòu)件的尺寸與其他同類飛機相比，無論長度或厚度都超過1倍，除了常規(guī)手工鋪層／壓力釜工藝外，A380-800飛機上采用一系列復(fù)合材料先進制備技術(shù)，包括：先進纖維鋪放技術(shù)( AFP)、預(yù)浸帶自動鋪層技術(shù)(ATL)、樹脂膜浸滲技術(shù)(RFI)、樹脂傳遞模技術(shù)( RTM)、拉擠(Pultrusion)和熱塑性樹脂成型／焊接技術(shù)。A380-800飛機上采用的碳纖維、預(yù)浸料、樹脂等原材料詳見表2。
       

4、在民用飛機上應(yīng)用復(fù)合材料的看法

      總結(jié)歸納國外在民用飛機上應(yīng)用復(fù)合材料的經(jīng)驗和教訓(xùn)，可得到以下的看法：

      (1)復(fù)合材料可有效降低飛機結(jié)構(gòu)質(zhì)量，改進性能，因而隨著飛機設(shè)計的改進和復(fù)合材料技術(shù)的進步，復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用比例在不斷擴大。

      (2)復(fù)合材料當(dāng)前價格相應(yīng)較高，因此，復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用比例不是越高越好，存在價格／性能比問題。目前，應(yīng)用復(fù)合材料比例最高的民機是歐洲空中客車公司A380-800飛機，復(fù)合材料用量占結(jié)構(gòu)質(zhì)量的25%。以當(dāng)前復(fù)合材料的原材料價格和工藝技術(shù)水平來看，在民用飛機上的用量不宜超過此比例。

      (3)為了降低復(fù)合材料的價格，研究低成本復(fù)合材料技術(shù)對新一代的民用飛機非常必要，包括：低成本碳纖維制備技術(shù)、低成本復(fù)合材料制

備和成型技術(shù)等。

      (4)碳纖維、碳布、預(yù)浸料和基體樹脂等復(fù)合材料的原材料一方面要求降低價格，另方面還要求保證必要的性能，不能用犧牲性能來換取價格的降低。必須從生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)方案、技術(shù)路線、產(chǎn)品質(zhì)量等方面改進、提高，從而達到降低價格的目的。

      (5)提高復(fù)合材料構(gòu)件制備質(zhì)量與效率十分關(guān)鍵，傳統(tǒng)的手工鋪層／壓力釜工藝，生產(chǎn)周期長、質(zhì)量以難以保證。采用復(fù)合材料制備新技術(shù)，達到縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、減少廢品、提高質(zhì)量，對擴大復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用極為重要。

      (6)民用航空工業(yè)是全球性的，因此，復(fù)合材料和碳纖維等也必然是全球性的。要著眼世界，從世界范圍內(nèi)考慮復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用問題。