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复合材料在国外海军航空器上的应用发展进程

复合材料自问世以来就一直在航空工业中发挥着重要作用，具有比强度高、比模量高、

力学性能可设计性强以及耐腐蚀性能好等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料。

国外对复合材料在海军航空器上的应用非常重视。装备于海军的军用航空器用于在海洋上空

执行战斗和保障任务，其要求是：适应海洋环境，抗腐蚀能力强；导航设备与火控系统先进，

具有全天候作战能力。复合材料在国外海军航空器上应用具有如下突出的优点：优良的力学

性能；优异的抗疲劳和耐腐蚀性（可耐酸、碱、海水侵蚀）；可实现20%~30%的结构减重；

优良的声、磁、电性能（透波、透声性好，无磁性，介电性能优良）；其结构有利于整体设

计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本

[1]

。近20年来，复合材料原材料和成型技术得到飞速发展，特别是复合材料在几大主要机

型（如F-35，F-18）中的应用成功，更加增强了复合材料在海军航空器中的应用前景。

复合材料在国外海军航空器上的应用进程

自20世纪60年代初以来国外开始在军用飞机上研究使用复合材料，经过多年的努力，

复合材料对海军军用飞机的轻型化和提高机动性能起到了关键作用。表1为国外海军航空器

[2]

上复合材料应用的具体情况。

由表1可以看出，随着海军军用机先进性的提高，复合材料的用量也在增加，这充分说

明复合材料的用量已成为衡量军用飞机先进性的重要标志。

在海军航空器上，玻璃纤维复合材料主要应用在有特殊电性能要求的功能结构件中，如

机头罩、天线罩和雷达罩等。在美国海军中扮演着极其重要角色的E-2“鹰眼”系列舰载预

警机自20世纪60年代初问世以来便在雷达罩上使用玻璃纤维复合材料，进入21世纪后，

为了满足美国海军网络中心站的迫切需要，美国开始着手发展更加先进的“鹰眼”舰载预警

机，命名为E-2D预警机，如图1所示，其特点是选用玻璃纤维复合材料制造新型八桨叶

NP2000螺旋桨，取代了E-2C上的钢制材料四叶螺旋桨。新型螺旋桨不仅振动更小、噪声更

低，而且减少了零件数目，降低了维修费用，可以在机翼上直接更换单个桨叶，利用维修设

备在飞机上就可以平衡螺旋桨。

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图1E-2D舰载预警机

碳纤维具有优良的比强度、比刚度等力学性能，70年代碳纤维复合材料首先应用在军

用飞机一些受力较小的结构件上，如舱门、口盖、整流罩、副翼等，之后逐渐过度到垂尾、

平尾等受力较大的尾翼部件上，今天已应用到机身、机翼等主要受力件中。1970年，美国

海军首先将硼复合材料应用在F-14的水平安定面上，用以实现能够在航母上起降，短距离

起飞及着舰等迫切目的，该机型是美国第三代战机里第一个装备海军使用，也是战后第三代

战斗机最早服役的机型，令美国海军获得了极大的领先优势，此后各国军机尾翼一级部件均

为复合材料，此时复合材料约占结构总重量的5%。1974年，美国海军提出轻量、低价和可

担任多重任务的战斗机VFAX研究计划。1976年美国海军率先研制了F-18的复合材料机翼，

并于80年代初进入服役，把复合材料用量提高到了13%左右，国外将其称为复合材料发展