碳纖維復(fù)合材料是當(dāng)前飛機(jī)重量輕量化的主要方式，也是今后發(fā)展的主要方向。由于其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗疲勞、耐腐蝕，除了這些特點外，還具有成型工藝優(yōu)良、 成本低廉等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于航空設(shè)備，可以有效地 改善結(jié)構(gòu)性能，降低結(jié)構(gòu)重量，降低運營成本，增強(qiáng)市場競爭力。碳纖維復(fù)合材料的使用范圍和使用部位已經(jīng)成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)程度的一個重要指標(biāo)，同時，也是航空公司采購飛機(jī)的一個重要參考指標(biāo)。

 

　　70年代中期，誕生了以碳纖維為增強(qiáng)體的高性能復(fù)合材料，開啟了復(fù)合材料在飛機(jī)上的大規(guī)模應(yīng)用。具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞性能的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料非常適合航空裝備需求。軍機(jī)的垂尾、平尾等受力較大、尺寸較大的部件開始逐步使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如F-15、F-16、Mig-29、幻影 2000、F/A-18等飛機(jī)的復(fù)合材料尾翼、垂尾。從70年代至今，國外軍機(jī)尾翼已經(jīng)全部采用復(fù)合材料。采用復(fù)合材料的平尾、垂尾一般占飛機(jī)全部結(jié)構(gòu)重量的 5%-7%。

 

　　碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)身制造上的成熟應(yīng)用為減輕飛機(jī)機(jī)身質(zhì)量提供了最有效的途徑。例如，以金屬材料為主制成的波音767飛機(jī)（CFRP用量僅占3%）機(jī)身質(zhì)量為60 t，而將CFRP用量提升到50%時，新型波音767飛機(jī)機(jī)身質(zhì)量下降到48 t，僅此就極大地提升了該型飛機(jī)的能源和環(huán)境效益。波音較大規(guī)模地應(yīng)用復(fù)合材料的標(biāo)志是 777 尾翼，787 是波音第一款大規(guī)模運用復(fù)合材料的飛機(jī)，其機(jī)身、機(jī)翼 和尾翼等主結(jié)構(gòu)都用了復(fù)合材料，復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的比例達(dá)到了 50%，因此 787也被戲稱為“塑料飛機(jī)”。

 

　　以空客為例，復(fù)合材料最早應(yīng)用于 A320 水平尾翼、垂直尾翼，后來還應(yīng)用于 A400M 大型軍用運輸機(jī)機(jī)翼。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，A380 碳纖維復(fù)合材料占比達(dá)到了 25%，主要應(yīng)用于中央翼和尾翼，另外，A380 的機(jī)身蒙皮使用了纖維金屬層壓板。在波音的壓力下，空客 A350 幾易方案，大量地增加復(fù)合材料的應(yīng)用，最終把復(fù)合材料的占比增加到 52%左右。

 

　　在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，碳纖維復(fù)合材料是否能夠用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，其主要影響因素是材料的沖擊損傷，一般采用CAI 來評價其抗沖擊性能，但在實際中，碳纖維復(fù)合材料必須考慮中厚蒙皮的損傷容限特性，以及薄板與薄板 之間的損傷阻抗特性。在評價碳纖維材料時，一般都是以強(qiáng)度、剛度作為主要 指標(biāo)，單一的碳纖維材料已無法滿足生產(chǎn)任務(wù)的需要， 進(jìn)一步研發(fā)出碳纖維復(fù)合材料已成為材料領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。