復(fù)合材料用于民用飛機(jī)獲得減重及節(jié)省燃油已有幾十年，但飛機(jī)制造商僅在最近才開始將其用于主承力結(jié)構(gòu)。波音787是首架在主承力構(gòu)件，特別是在機(jī)翼及機(jī)身上大量采用復(fù)合材料的民用運(yùn)輸機(jī)。盡管最近美國政府問責(zé)署的報(bào)告高度關(guān)注其可維修性，但已對這種材料在其服役期內(nèi)的性能開展了大量研究。
更重要的是，盡管復(fù)合材料用于民用運(yùn)輸機(jī)主承力結(jié)構(gòu)是相當(dāng)新的，但這種實(shí)踐活動在軍用運(yùn)輸機(jī)上有很長歷史。二者的顯著不同在于軍用飛機(jī)及早期民用飛機(jī)上的應(yīng)用比例遠(yuǎn)低于當(dāng)今的民用飛機(jī)。
Cytec公司工程材料部副總裁Chris Pederson談到：“復(fù)合材料用于民用飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身這些主承力結(jié)構(gòu)，可滿足更高的要求。”他說：“這些結(jié)構(gòu)的高生產(chǎn)率及關(guān)鍵性對質(zhì)量提出了很高要求。還需要對材料與結(jié)構(gòu)的加工工藝進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)以降低成本并滿足生產(chǎn)率要求。”
Pederson談到，Cytec公司工程材料部供應(yīng)了787的大量材料。該公司的碳纖維預(yù)浸料、熔滲樹脂、膠粘劑以及表面材料用于787的機(jī)翼及機(jī)身主承力結(jié)構(gòu)，它還為飛機(jī)翼肋、襟翼、發(fā)動機(jī)整流罩以及內(nèi)飾提供預(yù)浸料、膠粘劑以及表面材料。Cytec公司的環(huán)氧、酚醛、雙馬以及熱塑性技術(shù)已在該飛機(jī)上全面應(yīng)用。
Pederson在與法蘭克福召開的AIRTEC2011會議一起召開的機(jī)翼供應(yīng)會上發(fā)表的主題演講上說，大多數(shù)零件由手工制成，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，很少采用自動化制造。
“當(dāng)時，復(fù)合材料用于次承力構(gòu)件，如襟翼、升降舵、方向舵以及發(fā)動機(jī)整流罩。這些結(jié)構(gòu)不是飛行關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合材料主要是由芳綸、標(biāo)準(zhǔn)模量的碳或玻璃纖維增強(qiáng)的未增韌環(huán)氧夾層結(jié)構(gòu)。早期的樹脂不能提供足夠的損傷容限以將其用于民用飛機(jī)的主承力構(gòu)件，如機(jī)翼及機(jī)身。”
后來，工業(yè)界集中開發(fā)更高性能的材料及更加自動化的制造工藝。在民用飛機(jī)主承力構(gòu)件上，初期應(yīng)用是1980年代中期將其用于A310、A330垂尾及A320平尾。1990年代中期將其用于波音777尾翼及地板梁。為將復(fù)合材料用于抗疲勞、抗腐蝕、輕量化機(jī)翼和機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
Pederson說：“目前，我們的工作重點(diǎn)放在復(fù)合材料的工業(yè)化及其應(yīng)用上，更多地采用自動化制造工藝，并為材料開發(fā)出更多功能。”
“例如，復(fù)合材料的主要效益是更高的力學(xué)性能及減重。由于這些材料有可剪裁性，從而使其具有實(shí)現(xiàn)其他功能的可能性，如防雷擊。”這種多功能材料對于消除冗余材料、減重及降低成本具有潛力。
下一代航空航天復(fù)合材料是什么？Pederson說，目前著力開發(fā)材料及制造技術(shù)，包括碳纖維、先進(jìn)織物、新的制造工藝、納米技術(shù)、自愈合材料以及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控。