盘点！先进复合材料在国内外军事装备上的12大应用（上）

复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补充，并彼此关联与协同，从而获得原组分材料无法比拟的优越性能。

伴随着武器装备的不断发展，对减重、隐身、耐冲击、耐高温等性能要求越来越高，传统材料越来越难以满足多项要求，复材成为军事装备发展的重要基础，其应用水平已成为衡量武器装备发展的先进性标准之一。

总的来看，复材技术与装备发展相辅相成，互相促进，即复材制备与应用技术发展推动了装备升级，装备不断发展也倒逼了复材技术不断进步。

随着国内外复合材料的设计与加工能力逐步上升，成本逐步下降，未来复合材料在武器装备的应用将会逐步提升。

美国与日本是较早开展复材制备与应用的国家，技术较成熟，在武器装备与民用航空中应用比例较高。

随着国内装备不断发展，复材制备技术的逐步成熟，装备中复材应用比例也在不断提升，但总体水平与国外仍存在差距，未来仍有较大提升空间。

随着增强材料、基体以及复材制备技术发展，复合材料在军用飞机上的用量逐步提升。

据2006 年发表的《飞机结构用先进复合材料的应用与发展》文献，2000年以后世界先进军机上复合材料的用量占全机结构重量的20%~50%不等。复材在国外军用战斗机上的应用经历了“小受力件→次承力件→主承力件→起落架应用”4 个阶段，从初期只能应用于受力较小的部件，发展到目前已经能够应用于主承力结构件以及起落架上。

第一阶段：主要用在舱门、口盖、整流以及襟副翼、方向舵等受力比较小的部件上，应用比例可达3%。

第二阶段：复合材料开始应用于军机的垂直尾翼、水平尾翼的壁板等次承力结构件上，这一阶段复材应用比例可达5%。

第三阶段：复合材料逐步应用在军机的机翼、机身等主要承力结构上，复材应用比例达20%~50%。

第四阶段：复合材料在起落架上的应用，由于在起落架上的应用是替代钢件而不是铝件，因此进一步提升了减重空间。

我国四代机之前，复材的应用范围仅限于尾翼、鸭翼等次承力结构上，用量占比不到10%，四代机复合材料用量有了明显突破，复材用量达到整机结构件的20%左右。

为了尽可能减重，无人机大量应用了复材，且用量普遍高于有人战斗机，一般在60%~80%之间。

无人机具有：低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、高隐身的鲜明技术特点，这些特点决定了其对减重有迫切的需求，复合材料的出现使无人机的减重要求得以实现。

据2013年发表的《先进复合材料在军用无人机上的应用动向》文献，各种无人机上复合材料的用量较大，普遍要高于有人机，一般在60%-80%之间，有的甚至全结构均使用复合材料。复合材料在无人机机体上的应用发展经历了从整流罩，到承载小的部件，例如飞机翼面的前缘、后缘壁板，到翼面的操纵面或操纵面的后缘等次承力结构，以及到主承力结构，进而到翼面盒段、翼身融合等整体一体化成型的发展历程。

复材在直升机上的使用，促进了直升机技术的飞跃，机体结构复合材料用量现已成为衡量新一代直升机技术先进水平的重要标志之一。

近年复材在国外直升机中的应用也越来越多，部分机型复材占机体结构重量比达50%以上，甚至产生了全复合材料机体直升机(NH-90 直升机)，复材占比高达95%。我国直升机复材应用研究较早，目前国内在研和在役直升机均大量使用复材。

民机既强调安全性，也强调经济性，对结构减重同样有迫切的需求，复材用量也在不断提升，应用占结构材料质量比可达50%。

航天装备如导弹、火箭、高超声速飞行器等一般飞行速度较高，飞行过程表面温度高，对防热要求较高。

导弹在大气飞行速度很高(接近或远超过声速)，此时由于导弹气动加热，其表面蒙皮及弹头温度会快速升高。根据驻点温度计算公式，假设导弹环境温度为220K，初步计算了不同飞行速度下导弹蒙皮的温度，可以看出当导弹飞行速度达4-10马赫时，表面温度范围可达445-3173°C，随着马赫数的提高，表面温度急剧上升，普通的铝合金甚至钛合金都难以满足要求。例如，美国改进型超音速海麻雀导弹在发射后8-10秒，弹体蒙皮温度可达371°C，这种环境下2024铝合金强度会降低90%，难以满足要求。

因此，对于高速飞行的航天装备，需要采用各种不同类型的陶瓷材料及复材来实现防热，如美国X-47B高超声速飞行器使用了碳/陶瓷复合材料用来防热，耐温可达1700°C。

复材在战术弹上通常应用于弹体、弹翼、尾翼、雷达罩、进气道等位置。美国早期的“战斧”巡航导弹使用了较多的复合材料部件，如头锥、雷达罩、尾翼、进气道等，但性能一般，当时其它战术导弹大多仍以金属材料为主。

20世纪80年代以来，多种战术弹的固体发动机壳体和部分弹体蒙皮开始使用复合材料，例如，美国新一代空面巡航导弹ACMI58- JASSM，在“战斧”巡航导弹的基础上为了大幅度地降低成本减轻弹体重量，不仅弹翼、尾翼、进气道采用复合材料，整个弹身全部舱段都采用了碳纤维复合材料，全弹减重了30%，成本降低50%。

我国在亚音速岸舰、舰舰导弹天线罩上采用了复合材料，以环氧复合材料为蒙皮，聚氨酯泡沫为芯层。