復合材料
俄羅斯飛機用復合材料加快發展。纖維復合材料特別是碳纖維有機復合材料，在現代飛機上獲得了廣泛應用。與西方比較俄羅斯這種材料，研究及應用時間稍晚一些，上世紀70年代才著手研究。當時前蘇聯國家石墨結構材料研究所、全蘇聚合物纖維研究所，以及今日的全俄航空材料研究院，生產出拉伸強度2500～3000MPa、拉伸模量250GPa的高強度碳纖維，以及模量400～600GPa的高模量碳纖維。后來又研究出4000～5000MPa的中模量碳纖維。總體上看俄羅斯的碳纖維產品，性能水平不如美日水平高。從高強度纖維產品來看，俄羅斯的YKH、BMH比目前通用的，T300大約低1000Mpa。俄羅斯高模量纖維400～600GPa，與日本M40J、M60J相近。在中模碳纖維方面與美國的，T800H及T1000G有一定差距，在模量相同的條件之下，后者的強度高出500～1000MPa。不過在有機纖維芳綸方面，俄羅斯遠遠超過了西方，其強度超過1000～2000Mpa；用有機纖維增強的復合材料，強度達到2100～2800MPa，超過了碳纖維增強環氧復合材料；而芳綸纖維增強復合材料，除用作承力結構也用于內裝飾件。而西方有的公司鑒于芳綸纖維強度低，已不再將其用于承力結構，而只用于內裝飾件。
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，開發了碳纖維增強復合材料生產及產品制造技術。1976年巴拉科沃纖維聯合股份公司，開始了碳纖維復合材料的批生產。此后全俄航空材料研究所，開發了20余種力學性能、工藝性能，和工作范圍不同的結構，用碳纖維復合材料。近年該研究院對碳纖維復合材料，進行了性能的很大改進，最多的改進效果達2倍。拉伸強度提高200MPa、壓縮強度150MPa，剪切及疲勞強度達500MPa，彈性模量達到200GPa，工作溫度可達到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，碳纖維復合材料及其制品生產中的，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復合材料設計、制造，及應用方面的經驗。在俄羅斯一些飛機制造企業，建立了碳纖維復合材料生產車間，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、魯克霍維茨機械制造廠、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。碳纖維復合材料在俄羅斯飛機上，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等飛機上用于一些，次要結構件以考驗其性能，得到的數據表明碳纖維復合材料，有良好的可靠性及減重效果。于是逐漸擴大應用到，新一代飛機上如米格-29上，用量占飛機結構重量的7％；用于垂尾、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，是成功應用復合材料的另一例子，全機用了5500kg復合材料，1500m2機體表面采用了復合材料，單此一項可減重1800kg。其他如安-72、安-225、圖-160，雅克-42固定機翼干線飛機；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，都用了大量復合材料。正開發的新一代機復合材料用量更大，值得一提的有雅克-141，其復合材料用量達到26％，用于機翼、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復合材料的用量占結構重量的21％，由于它是前掠翼戰斗機，機翼90％采用了復合材料，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，通過復合材料鋪層控制可使前緣向下扭轉。在這種情況下如果采用金屬機翼，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戰斗機上復合材料用量，在原型機上占16％、在生產型上占30％。另一個引人注目的是：卡-50武裝直升機上的復合材料的應用。卡-50是前蘇聯根據阿富汗戰場的經驗，研制用來代替米-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復合材料，卡-50的裝甲座艙安裝在復合材料盒形梁上，梁是一個主承力構件，由5層復合材料制成，外層為10mm厚的碳/環氧，內外2層為20mm的芳綸/環氧，2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，復合材料用量也不少，但像卡-50那樣在機身上，用如此多復合材料還不多見。復合材料在卡-50的結構重量中，占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。
由于復合材料特別是碳纖維復合材料，在俄羅斯機種上的使用，減少了50％的構件數，取消了部分鉆鉚工序，減少12％～15％的勞動量，生產周期縮短20％～50％。復合材料引入飛機的直接效果自然是減重，減重的大小又取決于復合材料的力學性能，及其在結構重量中所占的百分比，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％將可能是復合材料；機體表面的80％是復合材料。復合材料在飛機結構重量比中占多少為宜?這主要取決于使用的可行性即經濟性。這里有一個最低的即臨界的極限，此極限取決于飛機的類型，及其所承擔的任務——因其伸縮范圍大。例如對機體來說這個極限，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。連鎖效應的結果最后使飛機，起飛重量進一步再降低。像米格-29這樣的飛機，使用的復合材料強度只有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)。
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，開發了碳纖維增強復合材料生產及產品制造技術。1976年巴拉科沃纖維聯合股份公司，開始了碳纖維復合材料的批生產。此后全俄航空材料研究所，開發了20余種力學性能、工藝性能，和工作范圍不同的結構，用碳纖維復合材料。近年該研究院對碳纖維復合材料，進行了性能的很大改進，最多的改進效果達2倍。拉伸強度提高200MPa、壓縮強度150MPa，剪切及疲勞強度達500MPa，彈性模量達到200GPa，工作溫度可達到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，碳纖維復合材料及其制品生產中的，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復合材料設計、制造，及應用方面的經驗。在俄羅斯一些飛機制造企業，建立了碳纖維復合材料生產車間，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、魯克霍維茨機械制造廠、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。碳纖維復合材料在俄羅斯飛機上，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等飛機上用于一些，次要結構件以考驗其性能，得到的數據表明碳纖維復合材料，有良好的可靠性及減重效果。于是逐漸擴大應用到，新一代飛機上如米格-29上，用量占飛機結構重量的7％；用于垂尾、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，是成功應用復合材料的另一例子，全機用了5500kg復合材料，1500m2機體表面采用了復合材料，單此一項可減重1800kg。其他如安-72、安-225、圖-160，雅克-42固定機翼干線飛機；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，都用了大量復合材料。正開發的新一代機復合材料用量更大，值得一提的有雅克-141，其復合材料用量達到26％，用于機翼、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復合材料的用量占結構重量的21％，由于它是前掠翼戰斗機，機翼90％采用了復合材料，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，通過復合材料鋪層控制可使前緣向下扭轉。在這種情況下如果采用金屬機翼，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戰斗機上復合材料用量，在原型機上占16％、在生產型上占30％。另一個引人注目的是：卡-50武裝直升機上的復合材料的應用。卡-50是前蘇聯根據阿富汗戰場的經驗，研制用來代替米-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復合材料，卡-50的裝甲座艙安裝在復合材料盒形梁上，梁是一個主承力構件，由5層復合材料制成，外層為10mm厚的碳/環氧，內外2層為20mm的芳綸/環氧，2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，復合材料用量也不少，但像卡-50那樣在機身上，用如此多復合材料還不多見。復合材料在卡-50的結構重量中，占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。
由于復合材料特別是碳纖維復合材料，在俄羅斯機種上的使用，減少了50％的構件數，取消了部分鉆鉚工序，減少12％～15％的勞動量，生產周期縮短20％～50％。復合材料引入飛機的直接效果自然是減重，減重的大小又取決于復合材料的力學性能，及其在結構重量中所占的百分比，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％將可能是復合材料；機體表面的80％是復合材料。復合材料在飛機結構重量比中占多少為宜?這主要取決于使用的可行性即經濟性。這里有一個最低的即臨界的極限，此極限取決于飛機的類型，及其所承擔的任務——因其伸縮范圍大。例如對機體來說這個極限，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。連鎖效應的結果最后使飛機，起飛重量進一步再降低。像米格-29這樣的飛機，使用的復合材料強度只有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)。
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（匆匆）