全俄航空材料研究院

全俄航空材料研究院具體研究內容包括合金理論；疲勞斷裂機理；結構鋼和結構合金；鋁合金、鈦合金和鎂合金；鎳、鈦和高強度鋼等合金的焊接工藝；聚合物和金屬基複合材料、隔熱材料及耐磨損材料等；提高材料性能的途徑和測試方法；制定合金和非金屬材料無損檢測及力學試驗方法。

全俄航空材料研究院，航空工藝研究院以及奧布林斯克研究及生產企業與俄羅斯航空工業設計局開發了碳纖維增強複合材料生產及產品製造技術。

1976年，巴拉科沃纖維聯合股份公司開始了碳纖維複合材料的批生產。此後，全俄航空材料研究所開發了20餘種力學性能、工藝性能和工作範圍不同的結構用碳纖維複合材料。近年該研究院對碳纖維複合材料的性能進行了很大改進，最多改進了2倍。拉伸強度提高200MPa、壓縮強度150MPa，剪切及疲勞強度達到500MPa，彈性模量達到200GPa，工作温度可達到400℃。

與此同時，全俄航空材料研究院還與俄羅斯科學院及航空工業的一些主要設計局研究解決了碳纖維複合材料及其製品生產中的各種基礎理論、應用、工藝及管理方面的問題，同時解決了用這些材料來設計、試驗及在零件上應用方面的問題。

全俄航空材料研究院與中央空氣動力研究院及航空航天工業的主要設計局共同努力積累了用碳纖維複合材料設計、製造及應用方面的經驗。

在俄羅斯一些飛機制造企業建立了碳纖維複合材料生產車間，有烏里揚諾夫航空生產聯合企業、沃尤涅茨飛機制造聯合股份公司、魯克霍維茨機械製造廠、庫默塔阿申涅耶夫航空生產協會以及奧布林斯克研究及生產企業。這些生產單位都配備了專用的生產設備。例如，預浸帶及織物預浸裝置、壁板及大尺寸結構的自動鋪帶設備、可在15個大氣壓及300℃進行固化的大尺寸熱壓罐、纖維纏繞機、拉擠機以及超聲無損檢測設備。這些設備都屬現代化的設備。

碳纖維複合材料在俄羅斯飛機上的應用過程與西方基本相似，首先在安-24、安-22、雅克?40和伊爾-86等飛機上用於一些次要結構件以考驗其性能，得到的數據表明碳纖維複合材料有良好的可靠性及減重效果。於是逐漸擴大應用到新一代飛機上如米格-29上，用量佔飛機結構重量的7%，用於垂尾，減速板等次要結構，用量已超過F-16飛機。起飛重量超過美國C-5A的安-124遠程運輸機是成功應用複合材料的另一例子，全機用了5500kg複合材料，1500m2機體表面採用了複合材料，單此一項可減重1800kg。其他如安-72、安-225、圖-160、雅克-42固定機翼幹線飛機；蘇-29和蘇-31體育飛機；米-28、卡-32直升機以及Д-36、Д-18、ПС-90渦輪發動機都用了大量複合材料。

正在開發的新一代機種，複合材料用量更大。值得一提的有雅克－141，其複合材料用量達到26%，用於機翼、尾翼及部分機身。與AV－8B的水平大致相當。

根據俄羅斯新近出版的資料分析，S－37複合材料的用量佔結構重量的21%，由於它是前掠翼戰鬥機，機翼90%採用了複合材料，實現了氣動彈性剪裁，即當機翼前緣在升力作用下向上彎曲時，通過複合材料鋪層控制可使前緣向下扭轉。在這種情況下，如果採用金屬機翼則有可能產生結構上的破壞。此項技術在80年代中期的X－29及90年代的蘇霍伊驗證機上得到驗證。在1.42戰鬥機上，複合材料用量在原型機上佔16%，在生產型上佔30%。

另一個引人注目的是卡-50武裝直升機上的複合材料的應用。卡-50是前蘇聯根據阿富汗戰場的經驗研製用來代替米-24的機種，要求機體90%部位能抗12.7mm機槍的射擊，它的主承力機身結構及旋翼都用了碳纖維複合材料，卡-50的裝甲座艙安裝在複合材料盒形樑上，梁是一個主承力構件，由5層複合材料製成，外層為10mm厚的碳/環氧，內外兩層為20mm的芳綸/環氧，兩者之間的一層為15mm的Nomex蜂窩/環氧，整個厚度達75mm。據報道，卡-50可以抗12.7mm機槍及23mm航炮的射擊。

在西方武裝直升機上，複合材料用量也不少，但像卡-50那樣在機身上用如此多複合材料還不多見。複合材料在卡-50的結構重量中佔3%～5%，而西方直升機上的防彈標準只是針對7.62mm機槍設計的。

由於複合材料特別是碳纖維複合材料在俄羅斯機種上的使用，減少了50%的構件數，取消了部分鑽鉚工序，減少12%～15%的勞動量，生產週期縮短20%～50%。

Ⅰ飛機結構重量成比例下降，Ⅱ連鎖效應，

Ⅲ複合材料經濟可行性，Ⅳ飛機性能全面改進

複合材料引入飛機的直接效果自然是減重，減重的大小又取決於複合材料的力學性能及其在結構重量中所佔的百分比，這個百分比在俄羅斯飛機上已達到30%左右，不久可能達到40%。如果按體積計，60%將可能是複合材料；機體表面的80%是複合材料。

複合材料在飛機結構重量比中佔多少為宜?據報道，這主要取決於使用的可行性即經濟性。這裏有一個最低的即臨界的極限，此極限取決於飛機的類型及其所承擔的任務，因此其伸縮範圍大。例如對機體來説，這個極限下限為20%～25%。超過臨界極限就可產生減重的連鎖效應：表現為飛機起飛重量減少，從而降低發動機功率，導致發動機重量的減少，從而降低油耗及燃油重量。這樣一來降低了起落架的載荷從而降低其構件重量。而發動機、起落架、燃油箱重量的降低又會改善氣動阻力系數，進一步降低油耗，使飛機結構重量進一步降低。連鎖效應的結果最後使飛機起飛重量進一步再降低。

俄羅斯機種上的複合材料的力學性能及其在飛機結構重量百分比(G復/G飛機)與飛機減重(G飛)之間的關係。R為單層碳纖維複合材料的強度。像米格－29這樣的飛機，使用的複合材料強度只有1000MPa，減重效果不大，材料強度1500MPa才開始有減重的連鎖效應(伊爾96-300)，影線為“臨界極限”區，減重效應有重大的增加(如S-37那樣)。強度達到3000MPa，飛機性能全面改進。

在全俄航空材料研究院，正在對碳纖維複合材料成分及結構進行改進，研究了納米技術，隱身材料技術以及環保節能技術，從而導致開發出一系列新的層合板材料及混雜纖維複合材料，這些材料將在21世紀獲得應用。

全俄航空材料研究院是俄羅斯的國家級科研機構，成立於1932年6月。該所的組建和學術地位的形成是與國家航空工業材料學研究發展同步的。該所的基礎研究和應用研究是以航空工業所需的高耐用、高壽命和高可靠性的新型材料展開的，該所的研究成果使得蘇聯，乃至後來的俄羅斯，長期在世界航空航天界佔據並保持着領先地位。

作為俄羅斯國家級科研機構，該研究院研究航空航天類產品及成型材料己有80多年，能夠加工和交付多種金屬及非金屬材料、塗料，接受工藝技術及設備、防腐保護方面的訂單，並對初級產品、半成品及其產品進行監控。全俄航空材料研究院己經開發出多類多功能材料、技術工藝、超過500種受保護的著作證書及專利，並被廣泛應用於航空、航天、電工技術、輕工業及食品、重型及動能型機械製造、汽車及車輛製造、醫藥、建築、包括體育用品在內的日用消費品製造等各大行業。

該所擁有科研人員1900人，設有36個實驗室，研究領域包括：高温合金和金屬化合物的鍛造和改型，鋼，耐熱塗層，超輕合金，複合材料和非金屬材料等。研究方向還涉及：航空航天材料和基礎原料研究；新材料研發、基礎研究和測試，航空發動機、飛機、飛艇和航空儀表生產工藝研究；航空航天材料在各種飛行器工具上的應用研究；制定航空航天材料標準。

全俄航空材料研究院，航空工藝研究院以及奧布林斯克研究及生產企業與俄羅斯航空工業設計局開發了碳纖維增強複合材料生產及產品製造技術。1976年，巴拉科沃纖維聯合股份公司開始了碳纖維複合材料的批生產。此後，全俄航空材料研究所開發了20餘種力學性能、工藝性能和工作範圍不同的結構用碳纖維複合材料。與此同時，全俄航空材料研究院還與俄羅斯科學院及航空工業的一些主要設計局研究解決了碳纖維複合材料及其製品生產中的各種基礎理論、應用、工藝及管理方面的問題，同時解決了用這些材料來設計、試驗及在零件上應用方面的問題。全俄航空材料研究院與中央空氣動力研究院及航空航天工業的主要設計局共同努力積累了用碳纖維複合材料設計、製造及應用方面的經驗。

目前該院正在對碳纖維複合材料成分及結構進行改進，研究了納米技術，隱身材料技術以及環保節能技術，從而導致開發出一系列新的層合板材料及混雜纖維複合材料，這些材料將在21世紀獲得應用。

近年來，該研究院主要致力於更新原有設備並在新建及改建試製生產區對研製出的產品進行小噸位生產。進行此項生產能夠確保研究院為各個行業的企業提供新的有前景的材料，並縮短將其從設計到引入產品的時間，同時也解決了人員培訓問題。該院下轄檢測中心能夠組織並開展材料研究及測試，包括認證、仲裁、專家類服務。全俄航空材料研究院己完成150餘項與國內外企業簽署的俄聯邦專利及技能使用權轉讓協議及合同。目前，該研究院已經成為全球範圍內航空航天主流企業的訂貨商。 ^[1]