先进复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，在航空航天领域得到迅速发展，成为继铝、钛、钢之后的四大结构材料之一，复合材料用量已成为飞行器先进性的一个重要标志。北京航空航天大学材料学院张佐光教授告诉记者：“由于波音787和空客A350等大量采用复合材料，复合材料正呈现出空前蓬勃发展的态势，未来航空航天领域复合材料的应用还将进一步扩大。

复材在线：您长期从事航空航天领域复合材料应用的研究，那么复合材料在航空航天领域最初应用是在什么时候？它的现状如何？在复合材料的构成上有什么变化？

张佐光：先进复合材料于上世纪初60年代中期一问世，即首先用于飞行器结构上，以航空用树脂基复合材料为例，近40年来复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能的发展道路。就复合材料用量而言，先进的F-22、F-35、B-2等军机其复合材料用量均达到25%以上，民机也是如此，新研制的A380复合材料用量达25%，而B787和A350分别高达50%和52%，直升机、无人机用量更高，达到90%以上。在材料体系方面，最初采用的增强纤维多为玻璃纤维，目前采用的增强纤维以碳纤维为主，同时还有芳纶、高性能玻璃纤维等；树脂基体发展很快，不仅有环氧树脂，目前还发展了双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂等。

复材在线：复合材料从最初的非重要零部件到现在您所说的，占到波音787客机重量的50%左右，应用的范围有了极大的扩展，您能介绍下飞机结构用复合材料的发展历程吗？

张佐光：飞机结构用复合材料分军机和民机两方面来说，军机结构用复合材料的发展大致可分为三个阶段：

第一阶段复合材料主要用于受力较小或非承力件，如舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等，大约于上世纪70年代初完成。

第二阶段复合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一级的次承力部件，以F-14硼/环氧复合材料平尾于1971年研制成功作为标志，基本于上世纪80年代初完成。此后F-15、F-16、F-18、幻影2000和幻影4000等均采用了复合材料尾翼，此时复合材料用量大约只占全机结构重量的5%。

第三阶段复合材料开始应用于机翼、机身等主要的承力结构，主要以FA-18复合材料机翼作为里程碑，此时复合材料用量已提高到了13%，军机结构的复合材料化进程进一步得到推进。此后世界各国所研制的军机机翼一级的部件几乎无一例外地都采用了复合材料，如美国的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、法国的“阵风”、瑞典的JAS-39、欧洲英、德、意、西四国联合研制的“台风”、俄罗斯的C-37等。

民用飞机结构用复合材料，以波音飞机为例也可分为四个阶段。第一阶段：采用复合材料制造受力很小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件，该阶段于上世纪70年代中期实现。第二阶段：制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力较小的部件，该阶段约于80年代中期结束。第三阶段：制造垂尾、平尾受力较大的部件，突破了尾翼级部件在大型客机上的试用，随后B777设计应用了复合材料垂尾、平尾，共用复合材料9.9吨，占结构总重的11%。第四阶段：在飞机最主要受力部件机翼、机身上正式使用复合材料，如波音公司正在研制的B787飞机，其复合材料用量达50％。

复材在线：复合材料在航空航天领域得到大量应用，并且发展很快，主要基于哪些原因？或者说复合材料在航空航天领域的应用有哪些优势？

张佐光：这个问题可以从两方面来分析：一是飞行器的发展趋势，二是复合材料的优异特性。轻量化、高效能、长寿命、高可靠、低成本是飞行器结构发展的主要目标，由于复合材料具有重量轻、强度高、可设计、抗疲劳，易于实现结构功能于一体等特点，在航空航天领域应用，显示出其他材料难以比拟的优势，因此，世界各国都非常重视并制定系列计划推进先进复合材料在航空航天领域的研究与应用。

复材在线：目前我国航空航天领域用复合材料的水平如何？与国外发达国家相比存在多大差距？这些差距主要体现在哪些方面？

张佐光：应该说这些年来，在国家有关部门（包括军口和民口）的支持下，我国复合材料获得了很大的发展，特别在航空航天领域复合材料的研究与应用取得了令人瞩目的成就。但是应该承认我国目前航空航天领域复合材料的应用水平与国外相比还是有较大差距。可以从以下四个方面来认识这个问题。1）用量方面：我国飞机结构复合材料用量还比较少，应用后的减重效率还不明显；2）增强纤维：碳纤维是飞机结构用复合材料的典型增强体，在几年之前，我国的碳纤维基本全靠进口，最近几年国家非常重视，加强了碳纤维的自主研发，目前已基本达到T300水平，与国外发展的T800、T1000还有较大差距；3）制造工艺：国外对大型构件生产已实现了自动铺贴技术，而我国数字化、自动化生产装备水平较低，基本上还处于手工制造，自动铺带技术起步较晚，自动铺丝设备正在研究；4）设计水平：国外在复合材料结构设计方面都有成熟的规范与标准，而我国在设计方面仍处于“黑铝”等代式的粗框式发展阶段，复合材料优异特点得不到充分发挥。

复材在线：我们知道为了发展我国的航空航天事业，政府设置了很多研究课题，大批的专家、学者从事这方面的研究，您也是其中之一，能给我们介绍一下，您目前所从事的研究工作吗？

张佐光：我有一个研究团队，这个团队是北航先进复合材料研究中心的一部分。我们这个团队近几年承担了有关先进树脂基复合材料方面的973、863、自然科学基金等重要课题，目前开展的主要研究工作有：树脂基复合材料制造模拟与优化，树脂基复合材料质量控制与工艺性评价，纤维与树脂匹配关系，国产碳纤维复合材料应用基础，轻质防弹复合材料技术，新型树脂体系及其纳米改性，新型夹层结构复合材料以及吸/透波复合材料等研究。

复材在线：您作为中国航空学会复合材料专业委员会主任，您对我国未来航空领域用复合材料的发展有什么看法？

张佐光：复合材料在四大机种上的大量应用，已形成目前世界航空领域再度起飞的发展新态势。事实表明，复合材料是实现飞机现代化的必由之路，飞机结构复合材料化也是大势所趋。未来飞机为了进一步达到结构减重与降低综合成本，复合材料用量将不断继续增长。美国一报告中指出：到2020年，只有复合材料才有潜力使飞机获得20%～25%的性能提升，复合材料将成为飞机的基本材料，用量将达到65％。