摘 要：我国科学技术的发展水平越来越高，无形之中推动了我国航天航空事业的发展，同时还增加了飞机的使用频率。为了确保飞机使用的安全可靠性，相关的研究部门就需要对飞机的使用性能进行综合性的考量，将碳纤维复合材料广泛地应用到其中。该类碳纤维复合材料自身的应用优势十分显著，具有极强的耐高温特性，且持久性也比较强，但是该类型材料的成本价格比较高，这会在一定程度上影响我国对于碳纤维复合材料的开发研究工作，使研发技术受到了约束和限制，同时还阻碍了碳纤维复合材料的发展。本文主要就碳纤维复合材料在航模飞机上的应用进行探究，分析碳纤维复合材料目前在我国的应用现状以及使用的发展趋势，探究在满足航模飞机的发展需求的前提下，该材质在航模飞机上的应用要点。
关键词：碳纤维复合材料;航空;航模;应用
0 引言
我国研发人员要高度重视碳纤维复合材料研发，选用科学合理的措施来加强和提升碳纤维复合材料应用到航模飞机上的效果及质量，通过碳纤维复合材料的使用来延伸航模飞机自身的使用寿命，并提升航模飞机的使用性能。但受到碳纤维复合材料价格等因素的影响，我国相关的生产技术水平较为滞后，其发展也受到各方面的制约，这让碳纤维复合材料的发展受到了阻碍，其整体发展呈现出较为缓慢的趋势。因此，我国应当注重碳纤维复合材料的研发工作，让碳纤维复合材料可以得到更为合理的使用，并扩展材料的使用范围。
1 碳纤维复合材料概述
碳纤维和树脂、金属等一些材料的基体进行复合，编制而成的结构材料就被称为碳纤维复合材料。碳纤维复合材料是复合材料中极其重要的组成部分，更是社会各界所关注的焦点，先是玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢面世，之后碳纤维、陶瓷纤维等各类复合材料也开始相继涌现，很多新型的复合材料研发工作都取得了成功，且材料的性能也得到了明显的改进，这让其复合材料领域呈现出一番较为蓬勃的景象。碳纤维内含量最多的元素为碳元素，是由碳元素构成的一种较为特殊的特种纤维，碳元素的含量会因为种类的不同而有所差异，通常高于90%。碳纤维材料具有耐高温、耐摩擦等性能，和一般的碳素材料有所不同，其外形的各向异性比较明显，且自身强度数值也比较高，比重比较小。
复合材料的分类与简介如下：
复合材料主要由两部分组成，即增强体和基体，分类方法较多，其中最常用的是按基体和增强体类型分，如颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维（连续纤维和短纤维）增强复合材料。
复合材料的基本概念（基础知识）：
树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料，还有比较特殊的先进碳基复合材料，碳基复合材料，表示方法为C/C。颗粒增强复合材料是将各种形状的增强颗粒镶嵌在基体中构成的多相材料;夹层复合材料包括夹层板复合材料，如三合板等，主要由两部分组成，即面板和芯材，面板有树脂基复合材料板、铝合金板、不锈钢板、钛合金板及高温合金板等，芯材有泡沫、波纹板、蜂窝芯等。蜂窝结构的作用主要是减轻结构重量，提高结构的抗弯刚度。蜂窝夹芯是夹层复合材料中最常用的夹芯结构，形状有六角形、菱形、矩形等，按制造材料分有铝蜂窝、芳纶纸蜂窝和玻璃布蜂窝等。
纤维增强复合材料所用纤维有玻璃纤维、碳纤维（石墨纤维）、芳纶纤维、硼纤维等。
物质强度理论认为材料的强度取决于物质分子结构的完整性（杂质、位错、其他缺陷等）。20世纪60年代，英国首先成功研制出碳纤维，后日本又以聚丙烯腈（PAN）为基础研制出 PAN基碳纤维。飞机结构主要采用聚丙烯腈基碳纤维，此类碳纤维从性能上可分为高强度型、超高强度型、高模量型等。
2 碳纤维的崛起
碳纤维是玻璃纤维问世之后的一代新型塑料纤维材质。近些年来，我国航空事业发展十分迅猛，宇航工业会注重使用一些重量比较小，强度比较大，且具有耐烧性质的材料，碳纤维则恰好可以满足该工业发展的需求。碳纤维复合材料中的含碳量比较大，且所展现出的最高比模量和最高比强度是其他纤维材料不能比拟的，在强度数值不发生变化的状况下，碳纤维可以承受2000摄氏度的高温惰性环境。碳纤维的加工方式比较简单，且具有极强的相容性以及易复合性，自由度数值也比较大，同时还具备一些其他材料不具备的特性，所以，该材质可以被广泛地应用到我国的各个领域之中。新型材料的发展速度优于其他材料的发展速度，对于人们的生活发展来说具有至关重要的效用，可以帮助人们更好地提升生活品质。在航天事业飞速发展的背景下，碳纤维的质量轻、强度高等特性有效地满足了工业的发展需求，这也是碳纤维复合材料在短短的几十年中迅速崛起的原因。在现阶段的科学技术发展状况下，碳纤维中的碳含量数值比较高，拥有其他材料无法比拟的优势，其实际的无形性质极强，即使在2000摄氏度的环境里也可以保持一个惰性的化学性质，且十分稳定，将其和其他材料融合在一起，会展现出极好的修复效果，因此，碳纤维材料不仅在航空领域之中，在其他行业中也占据着十分重要的地位。将碳纤维复合材料合理地应用到航天飞机上，可以提升飞机的性能，减少各类资源能源的损耗。
3 在航空领域大量应用以及航模对其的需求
飞机制造行业在使用碳纤维复合材料时，主要是看中其展现出的优越性能。很多飞机在制作时都会使用碳纤维复合材料，特别是小型商务飞机和直升机，这两类飞机所使用的碳纤维复合材料的量比较大，主要是因为飞机体积比较小，可以让材料的性能更好地展现出来。
3.1 树脂基碳纤维复合材料
碳纤维中，碳纤维增强树脂基复合材料是重要的组成部分，该类材料的质量比较轻，强度数值比较高，在实际的应用中具有极强的耐久及耐高温等特性，且所展现出的化学性质十分稳定，被广泛地应用到我国的各个领域之中。目前，很多武器装备也开始应用碳纤维增强树脂基复合材料，例如美国的军用AV-8B改型“鹞”式飞机，总重量的四分之一都是碳纤维材料构成的，飞机的机翼、前机身都是由石墨环氧材质构成，这让机身的重量下降到原本机身的91%，有效载荷能力也有所提升，是AV-8A的两倍，将碳纤维增强复合材料（CFRP）投入前机身段中，让其比原本金属结构重量减轻了32%左右。未来碳纤维复合材料很容易成为我国背景机中的重要材料，占据复合材料总使用数的35%。國外一些发达国家已经开始将复合材料放置到结构的制作工序中，大力开展轻型飞机的制作项目。碳纤维增强树脂基复合材料开始被广泛地投入到直升机的使用项目中，2007年上海合作组织在俄罗斯反恐军演上，让直-9型直升机在各国观众面前亮相，驻港部队武装的正是我国先进的直-9型直升机，以CFRP为主体的有机复合材料占直-9型直升机总重的60%。此外，日本用CFRP制造了OH-1“忍者”直升机的桨叶，而机身也使用了40%的CFRP。在民用方面，A380创造了飞行历史上的奇迹，这种世界上最大的飞机中四分之一的重量是复合材料，而CFRP更是占了22%。CFRP具有质量轻、抗腐蚀、抗疲劳等优良特性，直接降低了油耗和排放，使A380拥有较强的市场竞争力。CFRP具有质量轻便，抗腐蚀能力比较强等特性，将其应用到航模飞机上，会有效地降低飞机的油耗量以及排放量，提升飞机的性能。把碳纤维增强树脂基复合材料投入到航模飞机的机翼和机身的制备工序中，可以极大程度地减轻航模飞机自身的重量，让航模飞机迅速地爬升，上调爬升的高度，达到原本高度的1.8倍。
3.2 碳/碳复合材料
碳/碳复合材料的密度较小，为2.3g/m3，且热导性比较强，即使在高温环境下，强度数值仍旧较高，所展现出的化学性质十分稳定，我国航空航天事业的发展正需要该材料的支撑，可将碳/碳复合材料应用到鼻锥和机翼前缘。利用材质所展现出的优良特性及性价比来拓宽应用领域。航模飞机和航空航天工业等所制造出的飞机体积相比，质量比较小，且持续飞行的时间也比较短，但是实际的工作环境相对来说比较良好，把碳/碳复合材料应用到航模飞机上，其展现出的价值更是十分显著，可以进一步地延长飞机的寿命，延长至3倍以上，甚至还可以将航模飞机投入到较为恶劣的工作环境中。
碳是元素周期表中较为稳定的化学元素，可以单独存在，也可以作为辅料存在，用以其他材料功能的增强。很多材料由于碳的加入，能让自身的性质发生改变，具备碳的优良性能。通过碳复合材料的融入，航模飛机的上升速度以及爬升高度有所提升，同时还能在恶劣的环境下仍旧保持一个稳定的正常工作状态。近些年来，我国航天事业的发展如日中天，将碳/碳复合材料应用到该行业中，已经成为时代发展的需求，这让我国的航空航天事业取得飞跃性的突破。首先，碳纤维复合材料的成本比较高，所以我国相关的研发部门应当抓紧时间，找出低成本制备碳纤维复合材料的方式，大批量生产碳纤维复合材料。现阶段，我国对于碳纤维的研究还处于一个浅显的地位，需要投入更多的人力、物力、财力去挖掘市场，深度地研究该材质，通过碳纤维复合材料的发展带动我国各个领域的进步。通过新技术以及新材料的应用，实现中华民族的飞天梦想，提升人们的生活品质。
4 碳纤维复合材料发展
现阶段，我国航空航天事业的科学技术水平已经有了明显的提升，对于碳纤维复合材料的需求量也在不断加大，碳纤维复合材料开始向高性能、低成本等方向发展，但是目前我国对于碳纤维复合材料的制备及使用仍旧处于一个摸索的阶段。碳纤维复合材料价格本身比较昂贵，不如玻璃纤维价格低廉，对此，需要使碳纤维复合材料的原料价格下降，降低生产成本，但是即使出现了革命性的工业，也无法降低生产成本。碳纤维原料价格没有下降的趋势，新技术的研发无法取得进展。调查报告显示，我国每年损耗的碳纤维量已经达到了6500吨，全世界每年使用的碳纤维量也仅仅只有3.5万吨，我国的损耗量占据全球损耗量的20%左右，但我国的碳纤维技术水平还不够成熟，和一些发达国家相比仍旧相对滞后，产量低下，极度缺乏高质量产品。目前国内很多企业对碳纤维研制项目投入了巨资，有些已形成了批量生产的规模，现在的重中之重是如何消化这些产能，使之在国民经济发展中产生效益。技术含量较低的结构应用可以消化一部分产能，但作为国产高性能纤维，应在国产飞机结构中得到应用，并在此基础上进一步应用于其他高性能结构。要将国产碳纤维应用于高性能结构，除了研制材料和研究复合材料制造工艺外，还应关注更多其他方面的工作。例如，T300所用上浆剂品种是东丽公司的核心机密，无法从市场上获得，上浆剂是在制造纤维过程中为改善工艺性能而涂于纤维表面的物质，但其耐温性对复合材料的湿热性能会产生重大的影响，因此，该公司着重研究如何让上浆剂与复合材料更好地融合。
5 结语
碳纤维复合材料的使用可以有效地减轻航模飞机自身的重量，提升航模飞机的品质，可以让航模飞机以最快的速度爬升，并增加爬升的高度。另外该材料还可以强化航模飞机的坚固程度，延长航模飞机的使用年限，使飞机无论处于何种恶劣的环境，都可以维持一个正常的运行状态。碳纤维复合材料的研发以及使用会在根源上推动我国航空航天事业的发展，且其所展现出来的优势比较多，可以在一定程度上拓展航模飞机的强度范围，让机身的体积变得更小。
参考文献：
[1] 韩笑，刘建军，王希杰，卢彬，杨建恒，廖英强，李辅安.碳纤维复合材料在通用航空器上的设计与应用
[J].军民两用技术与产品，2015（07）.
[2] 李豫卿.浅谈碳纤维复合材料在航空工业的发展与展望[J].合成材料老化与应用，2015（03）.
[3] 谭雪锋.碳纤维复合材料制件手工钻孔加工技术[J].航空制造技术，2012（14）.
[4] 赵锐霞，尹亮，潘玲英，董波. Φ10mm碳纤维复合材料管成型工艺及性能研究[J].宇航材料工艺，2012（04）.