航空复合材料基础

中国水利水电出版社

【作者】主编　杨琴　王磊

【I S B N 】978-7-5226-3958-1

【责任编辑】张玉玲

【适用读者群】本专通用

【出版时间】2026-02-01

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】284

【千字数】399

【印张】17.75

【定价】￥59

【丛书】高等职业教育飞行器维修技术专业群新形态规划教材

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本教材依据复合材料结构件生产中材料选择、构件成型、质量检测、损伤修理的实践过程，将内容分为7 个模块，分别介绍航空用复合材料的组成与性能、增强材料与夹芯材料、基体材料、复合材料结构设计基础、复合材料制造成型工艺、复合材料质量控制、复合材料结构维修技术。全书配备工艺流程图解、典型案例分析、行业标准解读及大量的课后习题等立体化教学资源，突出实际工程问题导向，注重培养学习者分析、解决典型复合材料工程问题的能力。

本教材适合作为航空类职业院校复合材料智能制造及相关专业、飞行器制造技术、飞行器维修技术等专业的教学用书，也可作为从事复合材料生产、修理人员的专业培训及自学教材。

思政引领：融入航空报国精神与工匠事迹。

能力为本：对接岗位需求的七大模块设计。

资源多元：二维码链接视频动画与在线课程。

在全球航空产业向高性能、轻量化、绿色化转型的浪潮中，复合材料以其高比强度、高比模量、可设计性强及功能集成化等核心优势，已成为衡量先进飞行器性能的关键指标。例如，复合材料在波音787飞机中用量占机身重量的50%，在国产大飞机C919上的复合材料使用比例达12%，并计划在C929机身采用50%以上的碳纤维复合材料。复合材料在航空器上的应用深度与广度，直接决定了航空装备的市场竞争力与适航安全性。党的二十大报告指出，要加快建设制造强国、质量强国、航天强国，构建新材料、高端装备等一批新的增长引擎。作为航空制造、维修、设计等领域的核心物质基础，对于复合材料相关技术的掌握程度，复合材料已成为航空制造、维修领域高素质技术技能人才核心竞争力的重要衡量标准。

然而，现有航空复合材料基础类教材仍存在诸多短板：一是部分教材知识结构偏于传统，未能及时跟进复合材料领域前沿进展与应用实例；二是针对复合材料这样一门涉及材料科学、力学、化学、工艺学等多学科的交叉领域的学科，难以在学科的系统性、理论性与职业教育的应用性、实践性之间的实现平衡。部分教材资源形式单一，知识概念抽象，仅通过文字及二维图画来描述，学生很难快速、准确地理解相关内容，难以将抽象知识与实际应用关联。因而，基于培养航空制造、维修领域高素质技术技能人才的急迫需要，亟需一本能够紧跟行业发展、贴合岗位需求、兼顾知识传授与素养培育的新形态航空复合材料基础教材。

教材紧扣航空制造、维修等岗位的职业能力要求，以航空复合材料识别、选材、设计、制造、检测、修理全周期能力需求为逻辑起点，依据中国民航局颁发的《民用航空器维修基础培训大纲》、复合材料智能制造技术专业教学标准，结合典型生产案例进行编写。

本书作为高等职业教育飞行器维修技术专业群新形态规划教材，具有以下鲜明特色：

一、思政元素有机融入，塑造职业核心素养

教材坚持立德树人根本任务，有针对性地将“航空报国”精神、航空制造、维修行业的职业道德素养要求与专业教学深度融合。在每个模块设置“榜样力量”栏目，通过师昌绪院士、大国工匠等人物的事迹，传递爱国报国、爱岗敬业的职业精神；设置“科技创新”栏目，介绍复合材料绿色化、功能化、智能化发展趋势，厚植学习者的创新意识与绿色发展理念；在质量控制、维修技术等模块，强化“重安全、零缺陷”的职业理念，通过标准融入、规范操作要求，培养学习者严谨细致、诚实守信的职业品格，培养“有温度的航空工匠”。

二、以职业能力为目标，重构教材内容

教材将维修及制造相关岗位全周期能力需求贯穿七大核心模块，模块层层递进，既覆盖专业核心知识点，又突出岗位技能要点。参考企业真实生产过程，融入制造及修理案例。同时，紧跟行业发展趋势，补充复合材料行业成型新技术、新设备、材料发展新动态、质量检测新标准等内容，确保学习者能够循序渐进构建岗位所需的知识与技能体系。

三、以学习者自由选择为中心，满足个性化学习需求

作为一本基础类教材，本书模块化设计既考虑到科普性，又充分考虑到不同专业、不同背景学习者的学习需求，在内容组织和资源呈现上提供了多样化的选择路径。学习者可根据个人兴趣和职业需求，自由选择所需模块进行学习。如对于维修类专业学生来说，可以选择模块二、三、五、六中的部分内容，模块七的全部内容。对于希望深入研究复合材料制造工艺的学习者，可重点学习模块四、五及模块六中与制造相关的质量控制内容。各模块设有“学习导航”部分，给出学习目标和学习建议，帮助学习者明确学习重点和学习路径。在“学习自测”部分，教材配套有大量的习题巩固所学。习题强调实践性、梯度化，按基础巩固、能力提升、创新拓展三个逻辑层次进行难度设置，学习者可根据自身掌握情况选择性完成。

四、以立体化配套资源为支撑，全方位辅助教学

作为新形态教材，本书构建了除纸质教材之外的多样化配套资源。纸质教材中配备大量典型构件实物图、微观结构示意图、设备与工具实物图，关键知识点与技能点均配有二维码，扫描即可观看微视频讲解、实操演示动画、行业标准解读等数字化资源，实现“随时随地学”。同步建有在线课程，学习者登录智慧职教MOOC，搜索课程“复合材料概论”，即可进行学习。在线课程含重点难点精讲、案例拓展分析、在线测试题库等内容，支持混合式教学模式的开展。授课教师如有任何疑问或资源需求，可发送邮件至roslyn1949@foxmail.com进行交流。

本教材由长沙航空职业技术学院杨琴、湖南东映碳材料科技股份有限公司王磊担任主编，李敏、廖力、刘逸众、赵迎春担任副主编，湖南航天环宇通信科技股份有限公司刘德礼、长沙航空职业技术学院文韬担任主审，汪莹、聂明明、王林林、湖南航天环宇通信科技股份有限公司刘德礼、昆明航空职业学院吕志忠、长沙五七一二飞机工业有限责任公司彭宏伟参与了本书的编写。

本书在编写中得到了参阅了大量参考文献、图表资料，在此向原作者表示感谢。也对为本书编写给予指导、支持、帮助的领导、同事表示诚挚的感谢。由于编写人员水平有限，不足之处在所难免，恳请读者、同行批评指正，以便于本书在今后修订过程中的改进。

编者

2025年9月

前言
模块1　绪　　论
问题导入 1
学习导航 1
知识学习 2
1.1　认识复合材料 2
1.1.1　复合材料的定义 2
1.1.2　复合材料的组成 2
1.1.3　复合材料的分类 3
1.1.4　复合材料的特性 3
1.2　航空复合材料的发展概况 6
1.2.1　复合材料的发展 6
1.2.2　国外航空复合材料的应用 7
1.2.3　国内航空复合材料的发展 9
1.3　典型的飞机复合材料构件形式 10
1.3.1　翼面结构 11
1.3.2　夹芯结构 12
1.4　复合材料的发展方向 15
1.4.1　大型化、整体化 15
1.4.2　功能化 16
1.4.3　绿色化 17
内容总结 20
学习自测 20
模块2　增强材料与夹芯材料
问题导入 22
学习导航 22
知识学习 23
2.1　增强体概述 23
2.2　纤维增强材料 24
2.2.1　碳纤维 24
2.2.2　玻璃纤维 30
2.2.3　芳纶纤维 34
2.2.4　其他纤维材料 37
2.2.5　织物 39
2.3　其他增强材料 45
2.3.1　晶须增强材料 45
2.3.2　颗粒增强材料 47
2.4　功能复合材料 48
2.4.1　导电填料 48
2.4.2　电磁波屏蔽功能填料 48
2.4.3　磁功能填料 49
2.4.4　压电功能填料 49
2.4.5　光功能填料 49
2.4.6　吸波功能填料 49
2.5　夹芯材料 50
2.5.1　面板材料 52
2.5.2　芯材 52
2.5.3　胶黏剂 55
内容总结 55
学习自测 56
模块3　基体材料
问题导入 59
学习导航 59
知识学习 60
3.1　树脂基体 60
3.1.1　树脂的基本概念 60
3.1.2　树脂基体的性能 64
3.1.3　树脂基复合材料特性 67
3.1.4　热固性树脂基体 69
3.1.5　热塑性树脂基体 82
3.2　预浸料 87
3.2.1　预浸料概述 87
3.2.2　预浸料的性能质量要求 89
3.2.3　预浸料的制备工艺 89
3.2.4　预浸料的存储与寿命 92
3.3　金属基体 93
3.3.1　金属基复合材料的选材特点 94
3.3.2　金属基复合材料的特性 95
3.3.3　金属基复合材料的应用 96
3.4　陶瓷基体 100
3.4.1　陶瓷基体概述 100
3.4.2　陶瓷基体的强韧化 101
3.4.3　陶瓷基复合材料的特性 103
3.4.4　陶瓷基复合材料的应用 103
3.5　碳基复合材料 105
3.5.1　碳/碳复合材料的特性 105
3.5.2　碳/碳复合材料的应用 106
内容总结 107
学习自测 107
模块4　复合材料结构设计基础
问题导入 112
学习导航 112
知识学习 113
4.1　复合材料结构设计基本概念 113
4.1.1　复合材料结构设计特点 113
4.1.2　复合材料设计流程 115
4.1.3　材料设计 116
4.1.4　成型工艺设计 119
4.1.5　单层性能的确定 120
4.1.6　复合材料层合板设计 121
4.1.7　复合材料结构设计原则 125
4.2　飞机典型结构件设计 127
4.2.1　蒙皮壁板设计 127
4.2.2　格栅结构设计 128
4.2.3　夹芯结构设计 129
4.2.4　翼梁（樯）结构设计 130
4.2.5　翼肋和隔框设计 131
4.3　复合材料连接设计 132
4.3.1　胶接连接 132
4.3.2　机械连接 133
4.3.3　混合连接 135
4.3.4　Z-Pin连接 135
4.3.5　各种连接方式的比较 136
4.4　复合材料界面 137
4.4.1　复合材料界面结构 137
4.4.2　复合材料界面形貌 137
4.4.3　复合材料界面效应 138
4.4.4　复合材料界面改性 138
内容总结 140
学习自测 140
模块5　复合材料制造成型工艺
问题导入 145
学习导航 145
知识学习 145
5.1　树脂基复合材料成型工艺 146
5.1.1　热压罐成型工艺 146
5.1.2　树脂传递模塑成型工艺 161
5.1.3　模压成型工艺 164
5.1.4　纤维缠绕成型工艺 172
5.1.5　拉挤成型工艺 176
5.1.6　手糊成型工艺 179
5.1.7　树脂基复合材料成型工艺比较 180
5.2　金属基复合材料成型工艺 181
5.2.1　成型技术要点 182
5.2.2　制备技术的分类 182
5.3　陶瓷基复合材料成型工艺 187
5.3.1　陶瓷基复合材料成型工艺的
　　　原理 187
5.3.2　陶瓷基复合材料成型过程 188
5.4　碳/碳复合材料成型工艺 191
5.4.1　碳/碳复合材料成型工艺的原理 191
5.4.2　碳/碳复合材料成型步骤 191
内容总结 193
学习自测 194
模块6　复合材料质量控制
问题导入 199
学习导航 199
知识学习 200
6.1　复合材料缺陷与损伤 200
6.1.1　缺陷与损伤 200
6.1.2　缺陷与损伤产生原因 213
6.1.3　缺陷与损伤分类 213
6.2　复合材料原材料基础检测技术 215
6.2.1　纤维性能检测技术 215
6.2.2　基体材料性能检测技术 218
6.2.3　预浸料的性能检测技术 221
6.3　层合板性能表征技术 223
6.3.1　层合板拉伸试验 224
6.3.2　层合板压缩试验 226
6.3.3　面内剪切试验 228
6.3.4　弯曲试验 230
6.4　复合材料结构无损检测技术 230
6.4.1　无损检测适用性 231
6.4.2　目视检测 232
6.4.3　敲击检测 232
6.4.4　超声波检测 233
6.4.5　基于X射线的无损检测技术 237
6.4.6　红外热成像检测 238
6.4.7　声发射检测 239
6.5　复合材料结构制造质量体系要求 240
6.5.1　材料规范 240
6.5.2　制造过程控制 241
6.5.3　最终验收 245
6.5.4　存储和保护 245
内容总结 246
学习自测 247
模块7　复合材料结构维修技术
问题导入 251
学习导航 251
知识学习 252
7.1　复合材料结构修理概述 252
7.1.1　复合材料修理的特点 252
7.1.2　损伤结果评估 252
7.1.3　复合材料结构修理准则 253
7.1.4　修理方法分类 254
7.2　复合材料结构常用的修理材料 254
7.2.1　复合材料结构修理材料选用准则 254
7.2.2　常用航空复合材料结构修理材料 254
7.3　复合材料结构修理常用工具、设备 255
7.3.1　复合材料结构修理常用工具 255
7.3.2　复合材料结构修理常用设备 259
7.4　复合材料结构常用的修理方法 262
7.4.1　注胶修理 262
7.4.2　填胶修理 263
7.4.3　胶接修理 264
7.4.4　机械连接修理 267
7.5　复合材料结构修理发展趋势和新技术 269
7.5.1　复合材料结构修理发展趋势 269
7.5.2　复合材料结构修理新技术 269
内容总结 272
学习自测 272
参考文献 275

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