復合材料是指由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料,它既能保留原有組分材料的主要特色,又通過材料設計使各組分的性能互相補充,并彼此關聯(lián)與協(xié)同,從而獲得原組分材料無法比擬的優(yōu)越性能。
伴隨著武器裝備的不斷發(fā)展,對減重、隱身、耐沖擊、耐高溫等性能要求越來越高,傳統(tǒng)材料越來越難以滿足多項要求,復材成為軍事裝備發(fā)展的重要基礎,其應用水平已成為衡量武器裝備發(fā)展的先進性標準之一。
總的來看,復材技術與裝備發(fā)展相輔相成,互相促進,即復材制備與應用技術發(fā)展推動了裝備升級,裝備不斷發(fā)展也倒逼了復材技術不斷進步。
隨著國內外復合材料的設計與加工能力逐步上升,成本逐步下降,未來復合材料在武器裝備的應用將會逐步提升。
美國與日本是較早開展復材制備與應用的國家,技術較成熟,在武器裝備與民用航空中應用比例較高。
隨著國內裝備不斷發(fā)展,復材制備技術的逐步成熟,裝備中復材應用比例也在不斷提升,但總體水平與國外仍存在差距,未來仍有較大提升空間。
隨著增強材料、基體以及復材制備技術發(fā)展,復合材料在軍用飛機上的用量逐步提升。
據2006 年發(fā)表的《飛機結構用先進復合材料的應用與發(fā)展》文獻,2000年以后世界先進軍機上復合材料的用量占全機結構重量的20%~50%不等。復材在國外軍用戰(zhàn)斗機上的應用經歷了“小受力件→次承力件→主承力件→起落架應用”4 個階段,從初期只能應用于受力較小的部件,發(fā)展到目前已經能夠應用于主承力結構件以及起落架上。
第一階段:主要用在艙門、口蓋、整流以及襟副翼、方向舵等受力比較小的部件上,應用比例可達3%。
第二階段:復合材料開始應用于軍機的垂直尾翼、水平尾翼的壁板等次承力結構件上,這一階段復材應用比例可達5%。
第三階段:復合材料逐步應用在軍機的機翼、機身等主要承力結構上,復材應用比例達20%~50%。
第四階段:復合材料在起落架上的應用,由于在起落架上的應用是替代鋼件而不是鋁件,因此進一步提升了減重空間。
我國四代機之前,復材的應用范圍僅限于尾翼、鴨翼等次承力結構上,用量占比不到10%,四代機復合材料用量有了明顯突破,復材用量達到整機結構件的20%左右。
為了盡可能減重,無人機大量應用了復材,且用量普遍高于有人戰(zhàn)斗機,一般在60%~80%之間。
無人機具有:低成本、輕結構、高機動、大過載、長航程、高隱身的鮮明技術特點,這些特點決定了其對減重有迫切的需求,復合材料的出現使無人機的減重要求得以實現。

據2013年發(fā)表的《先進復合材料在軍用無人機上的應用動向》文獻,各種無人機上復合材料的用量較大,普遍要高于有人機,一般在60%-80%之間,有的甚至全結構均使用復合材料。復合材料在無人機機體上的應用發(fā)展經歷了從整流罩,到承載小的部件,例如飛機翼面的前緣、后緣壁板,到翼面的操縱面或操縱面的后緣等次承力結構,以及到主承力結構,進而到翼面盒段、翼身融合等整體一體化成型的發(fā)展歷程。
復材在直升機上的使用,促進了直升機技術的飛躍,機體結構復合材料用量現已成為衡量新一代直升機技術先進水平的重要標志之一。

近年復材在國外直升機中的應用也越來越多,部分機型復材占機體結構重量比達50%以上,甚至產生了全復合材料機體直升機(NH-90 直升機),復材占比高達95%。我國直升機復材應用研究較早,目前國內在研和在役直升機均大量使用復材。

民機既強調安全性,也強調經濟性,對結構減重同樣有迫切的需求,復材用量也在不斷提升,應用占結構材料質量比可達50%。

航天裝備如導彈、火箭、高超聲速飛行器等一般飛行速度較高,飛行過程表面溫度高,對防熱要求較高。
導彈在大氣飛行速度很高(接近或遠超過聲速),此時由于導彈氣動加熱,其表面蒙皮及彈頭溫度會快速升高。根據駐點溫度計算公式,假設導彈環(huán)境溫度為220K,初步計算了不同飛行速度下導彈蒙皮的溫度,可以看出當導彈飛行速度達4-10馬赫時,表面溫度范圍可達445-3173°C,隨著馬赫數的提高,表面溫度急劇上升,普通的鋁合金甚至鈦合金都難以滿足要求。例如,美國改進型超音速海麻雀導彈在發(fā)射后8-10秒,彈體蒙皮溫度可達371°C,這種環(huán)境下2024鋁合金強度會降低90%,難以滿足要求。
因此,對于高速飛行的航天裝備,需要采用各種不同類型的陶瓷材料及復材來實現防熱,如美國X-47B高超聲速飛行器使用了碳/陶瓷復合材料用來防熱,耐溫可達1700°C。
復材在戰(zhàn)術彈上通常應用于彈體、彈翼、尾翼、雷達罩、進氣道等位置。美國早期的“戰(zhàn)斧”巡航導彈使用了較多的復合材料部件,如頭錐、雷達罩、尾翼、進氣道等,但性能一般,當時其它戰(zhàn)術導彈大多仍以金屬材料為主。

20世紀80年代以來,多種戰(zhàn)術彈的固體發(fā)動機殼體和部分彈體蒙皮開始使用復合材料,例如,美國新一代空面巡航導彈ACMI58- JASSM,在“戰(zhàn)斧”巡航導彈的基礎上為了大幅度地降低成本減輕彈體重量,不僅彈翼、尾翼、進氣道采用復合材料,整個彈身全部艙段都采用了碳纖維復合材料,全彈減重了30%,成本降低50%。
我國在亞音速岸艦、艦艦導彈天線罩上采用了復合材料,以環(huán)氧復合材料為蒙皮,聚氨酯泡沫為芯層。