飛機結(jié)構(gòu)分為主要結(jié)構(gòu)(primary structure,，又稱初級結(jié)構(gòu))和輔助結(jié)構(gòu)（secondary structure，又稱次級結(jié)構(gòu))兩大類,。其中初級結(jié)構(gòu)包含重要結(jié)構(gòu)和其它主要結(jié)構(gòu),。重要結(jié)構(gòu)指傳遞飛行、地面或者增壓載荷的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件或者關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件，結(jié)構(gòu)件一旦失效,，將導(dǎo)致飛機災(zāi)難性事故,。

次級結(jié)構(gòu)僅傳遞局部氣動載荷或者自身質(zhì)量力載荷的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)失效不影響結(jié)構(gòu)持續(xù)適航性/飛行安全,。大多數(shù)次級結(jié)構(gòu)主要作用為保證飛機氣動外形,、降低飛行。飛機主要結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

圖1 飛機初級,、次級結(jié)構(gòu)主要組成

碳纖維在飛機結(jié)構(gòu)件中首先是作為次級結(jié)構(gòu)件應(yīng)用，而且一般用量也不高,，后續(xù)碳纖維性能穩(wěn)定和提升,，開始逐漸用于航空飛機的初級結(jié)構(gòu)，碳纖維在飛機中初級,、次級結(jié)構(gòu)應(yīng)用實例分別如圖2,、圖3所示。

圖2 碳纖維在飛機初級結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

圖3 碳纖維在飛機次級結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料在軍機應(yīng)用比例逐漸增加（圖4）,，如歐洲臺風(fēng)戰(zhàn)機碳纖維復(fù)合材料用量已占總重50%左右,。碳纖維復(fù)合材料在軍機應(yīng)用轉(zhuǎn)折點發(fā)生于上世紀70、80年代,，由美國原麥道公司（現(xiàn)波音/Boeing）研發(fā)的F/A-18系列戰(zhàn)機,。

1976年原麥道公司率先研制了F/A-18的復(fù)合材料機翼，碳纖維復(fù)合材料的用量首次超過10%,，后續(xù)通過進一步采用自動鋪絲技術(shù)為FA-18E/F制造CFRP的12塊機身蒙皮,，10塊進氣管蒙皮，4塊水平尾翼蒙皮,，碳纖維復(fù)合材料用量也突破20%,。目前國外軍機上碳纖維復(fù)合材料用量約占機重20%~50%。

圖4 碳纖維復(fù)合材料在軍機中用量

目前碳纖維復(fù)合材料在波音787和空客A350商業(yè)民用飛機中用量也達到50%及以上（圖5）,。在波音B787飛機中,，碳纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用在機翼、機身,、垂尾,、平尾、機身地板梁,、后承壓框等部位,。波音787是全球首個同時采用碳纖維復(fù)合材料機翼和機身的大型商用客機。

圖5 碳纖維復(fù)合材料在民機中用量

碳纖維復(fù)合材料在軍機,、民機中應(yīng)用研究均始于上世紀70年代（圖6）,，在上世紀90年代軍機中碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用比例大幅度增加后，國外主要公司開始考慮在商用飛機中逐漸增加碳纖維復(fù)合材料用量。2000年前后軍機中碳纖維復(fù)合材料用量接近30-40%,，此時商用飛機中碳纖維復(fù)合材料用量仍在10%上下徘徊,。

圖6 碳纖維復(fù)合材料在軍機、民機中應(yīng)用發(fā)展

美國波音和歐洲空客作為全球領(lǐng)先的兩大商用民機生產(chǎn)商,，關(guān)于碳纖維復(fù)合材料在民機應(yīng)用開展了大量研究和實際應(yīng)用,，美國波音飛機中碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展可以參讀公眾號前期文章《東麗碳纖維在航空領(lǐng)域的應(yīng)用》。本期則主要介紹歐洲空客飛機碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展史,。

自上世紀70年代,，歐洲空客飛機便開始碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用研究,，如當(dāng)時A300飛機在天線罩,、整流罩等結(jié)構(gòu)件中首次采用了碳纖維復(fù)合材料，隨后幾十年,，空客飛機不斷增加飛機中碳纖維復(fù)合材料用量,，目前碳纖維復(fù)合材料可用于飛機主機翼、機身等結(jié)構(gòu)件加工,。

圖7 碳纖維復(fù)合材料在歐洲空客飛機中應(yīng)用

經(jīng)過數(shù)十年研發(fā),，目前歐洲空客飛機用碳纖維復(fù)合材料成型加工及應(yīng)用技術(shù)日臻成熟，以圖8空客A380飛機為例,，其后機身所有蒙皮壁板19段,，22%的機身重量是碳纖維復(fù)合材料，尤其中央翼盒,，總重8.8噸,，碳纖維復(fù)合材料用了5.5噸，比金屬材料減重達1.5噸,，其燃料經(jīng)濟性相當(dāng)可觀,。

圖8 空客A380飛機中碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件

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