论文基础信息
作者：沈尔明*, 李晓欣, 王刚, 陈晓龙, 胡鹏
单位：中国航发沈阳发动机研究所 材料工艺技术研究部，沈阳 110015
关键词：先进复合材料；航空发动机；树脂基复合材料 ；金属基复合材料；陶瓷基复合材料
DOI：10.11868/j.issn.1005-5053.2025.000041
摘要
先进复合材料在航空发动机中的应用已成为提高发动机性能、减轻质量、提高燃油效率的关键技术之一。本文综述先进复合材料在国外航空涡扇发动机上应用现状与发展，重点介绍环氧树脂、聚酰亚胺等树脂基复合材料（polymer matrix composite，PMC）、钛合金、铝合金等金属基复合材料（metal matrix composite，MMC）和碳化硅、氧化铝等陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）在风扇机匣、低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮和喷管等发动机部件的应用。通过分析国外航空发动机在树脂基、金属基和陶瓷基复合材料的应用和研发进展，探讨其在提高推重比和耐温性能等方面的优势。同时，还展望未来各类复合材料在航空发动机中的发展方向，包括新型复合材料的研发、制造工艺的优化以及各类复合材料在未来航空发动机中的潜在应用和发展趋势。
内容精选
《航空材料学报》2026 年第 46 卷第 2 期刊发中国航发沈阳发动机研究所沈尔明等研究人员的最新研究成果，系统梳理了先进复合材料在国外航空涡扇发动机中的应用现状、研发进展与未来趋势。研究指出，树脂基、金属基、陶瓷基三大类先进复合材料已成为国外航空发动机实现轻量化、高推重比、低油耗和耐高温性能（图1）突破的关键核心技术，其应用范围正从冷端部件向高温热端部件全面拓展，深刻改变航空发动机的设计与制造范式。
图 1 复合材料和金属比强度和耐温能力
航空发动机作为航空飞行器的 “心脏”，其性能直接决定飞机的飞行安全、运营效率与商业竞争力。随着全球航空运输业发展和环保法规趋严，航空工业对发动机推重比、燃油经济性、耐高温性等指标的要求不断提升，而钛合金、高温合金等传统金属材料的轻量化瓶颈、高温性能衰减等固有局限性日益凸显。在此背景下，由高性能纤维增强体与基体材料复合而成的先进复合材料，凭借高比强度、高比刚度、耐高温、可设计性强等优势，成为破解航空发动机性能升级难题的核心路径。
材料是航空发动机重要的物质基础，先进航空发动机的跨代发展得益于先进材料的技术进步和发展。材料性能的提升是实现航空发动机涡轮前温度、单位推力、推重比、耗油率、可靠性和使用寿命等主要技术指标的重要基础，航空发动机设计和制造的先进性很大程度上取决于航空材料和工艺的技术发展。每一代发动机所用的材料也体现该时代材料发展的特点，未来航空发动机的发展将更加依赖新材料的发展。
航空发动机经过70多年的发展，推重比、单位推力等指标得到了大幅提高，并沿着高可靠性、低成本等方向发展。提升推重比、单位推力等指标的重要途径之一是降低发动机质量。在满足结构强度和发动机性能的同时，采用各种复合材料的轻质材料是航空发动机发展的必经之路。
未来大推力涡扇发动机仍是航空发动机的主要动力形式，使用空间和速域范围不断扩展，对新材料的需求不断提升。发动机空域速域的拓展，使进口温度和沿程温度逐步提高。航空发动机飞行包线拓展，不断追求更高性能，对新材料的要求也不断提高。从发动机典型冷端部件和热端部件使用温度看，呈现冷端部件热端化、热端部件高温化的特点。尤其是热端部件对陶瓷基复合材料的温度需求已达到1300 ℃，冷端部件对树脂基复合材料温度需求也达到400 ℃以上。因此，未来航空发动机的发展对耐高温材料的需求尤为迫切，也面临极大的挑战。
随着航空发动机综合性能的不断提高，在满足大推力、低油耗、高推重比的同时还要具备抗鸟击、防结冰和自检测等多种功能，而复合材料想要扩大应用范围，也需要向着功能化、智能化方向发展。
针对复合材料各向异性和工艺强关联的特点，加强设计制造一体化研制，充分发挥材料具有可设计性的特点，实现精细化设计和最优化应用。同时建立经济性理念，通过优化材料设计、发展新型低成本制造技术、材料回收技术等，开展成本工程建设，支撑航空发动机经济性工作，降低材料和制造成本。
先进跨代材料的应用是发动机跨代发展的标志。复合材料由早期的仿制为主已逐步发展为自主研发，在促进材料体系的标准化、系列化、通用化发展的同时，增强自主保障能力，加大自主创新力度，以未来先进航空发动机研发需求为牵引，提前布局材料研制基础，实现材料先行发展，支撑航空发动机超越领先。
团队介绍
沈尔明，高级工程师，长期从事航空发动机设计选材研究工作，深耕航空发动机先进复合材料应用领域多年，具备丰富的材料工艺研发与工程化实践经验。作为团队核心，牵头完成多项航空发动机复合材料相关研究课题，系统梳理国外航空发动机先进复合材料应用现状与发展趋势，为我国航空发动机复合材料的研发方向、工程应用提供关键的国际经验借鉴与技术路径参考，推动先进复合材料在航空发动机冷端、热端部件的应用研究与技术突破。
