碳纤维复合材料在防空导弹上的主要应用方向是导弹舱体、舵翼面及发动机壳体结构等主要承力部件，这些部件占据了导弹结构质量的主要部分。碳纤维复合材料的强度、刚度等力学性能存在较大的方向性差异，可通过铺层设计适应综合力学环境的要求。

　　多数导弹的结构质量占全弹质量的20%~30%，其中发动机结构质量占比在15%左右，随着弹径尺寸的增加，结构比重随之降低。在防空导弹结构质量中，防热结构质量占据了一定的比例，主要包含了气动热防护结构和发动机燃烧室内部分防热结构，可使用碳纤维复合材料的承载结构的质量比例较低。因此，碳纤维复合材料在导弹结构中的减重效果没有飞机结构中那么明显，与传统的导弹结构相比，碳纤维复合材料在导弹不同部件上的减重效果也存在较大差异。

　　1.碳纤维复合材料在导弹舱体中的应用分析

　　目前防空导弹舱体结构常用的金属材料是铝、镁合金，由于导弹装填密度高、尺寸小型化，镁合金舱体璧厚一般在4 mm左右，铝合金舱体壁厚一般在2mm左右。采用T300碳纤维复合材料替代镁合金作为舱体结构材料时，遵循等刚度设计原则，可减重40%。由于铝合金舱体壁厚较薄(一般在2 mm左右)，采用T300复合材料替代铝合金作为舱体结构材料时，考虑到复合材料铺层设计原则，复合材料舱体结构最小壁厚不低于1.5mm，可减重30%以上，但结构刚度难以提高，因此建议采用中模或高模碳纤维增强复合材料替代铝合金作为舱体结构材料，可同时实现减重30%和提高刚度25%的效果。另外，碳纤维复合材料的模量在耐温性上有一定优势，在其使用温度范围内模量保持率在95%以上，而镁、铝合金的高温模量保持率不超过85%。

　　防空导弹复合材料舱体结构在设备安装、结构形式及布局、连接设计等方面与金属舱体结构差异较大，合理的复合材料舱体设计结果往往与金属舱体结构截然不同。借鉴飞机复材构件设计，典型结构件的设计在很大程度上依赖于专家经验以及以往成功的方法、实例等。然而目前复合材料在防空导弹上的应用积累非常有限，现行的开发体系在知识积累方面普遍存在许多问题，导弹研发单位不具备完备的复合材料制造配套条件，设计与工艺难以实现协同，缺乏对复合材料结构设计中企业专用知识的系统开发、有效归纳和整理，更谈不上对工程知识有效的继承、集成、运用、管理与创新，而这些都是衡量一个企业或行业复合材料结构设计、应用水平的关键。

　　2.碳纤维复合材料在发动机壳体中的应用分析

　　固体发动机壳体的轻量化、复合化是提高其性能的有效途径。20世纪60年代采用玻璃钢(GFRP)，1980年代碳纤维复合材料取代kevlar纤维复合材料( KFRP)。目前，碳纤维复合材料广泛用于战略导弹和发动机壳体，发动机性能得到显著提高，而国内防空导弹发动机壳体结构材料则以高强度钢为主。评价固体火箭发动机壳体性能用容积特性来表征，即:容积特性系数= PV/W，式中:P为爆破压强；V为容积体积；W为材料质量。

　　显然，容积特性系数随着所用材料质量的轻量化而得到提高。对于超高强钢，容积特性系数为5~8 km ，钛合金为7 ~11 km，玻璃钢为12~ 19 km，碳纤维复合材料容积特性系数高GFRP。

　　防空导弹发动机壳体是导弹结构质量的重要组成部分，同时对全弹刚度的贡献度最大，从发动机自身设计角度出发，壳体选材设计需综合考虑爆破安全性和轻质化，从全弹设计角度出发，还需要考虑发动机结构对全弹刚度和弯曲频率的影响。出于对以上因素的综合考虑，中模高强碳纤维( T800， IM7等)成为国外先进防空导弹发动机壳体首选材料，该类纤维具有很高的抗拉强度和高断裂延伸率，拉伸强度是T300的1.5倍以上，同时纤维模量较T300，T700等常规产品高出近25%，因此在替代高强度钢作为发动机壳体材料时，可在不降低爆破压强的情况下，实现轻质化、高刚度的目标。以某型发动机壳体为例，壳体材料为2 mm高强度钢结构，壳体质量约75 kg，采用T800/环氧复合材料壳体等刚度设计，复合材料壳体壁厚为4.8 mm，爆破压强不降低，发动机减重37 kg，全弹减重3%。

　　3.碳纤维复合材料在舵翼面结构中的应用分析

　　防空导弹舵翼面多采用钛合金铝合金材料，以获取较高的强/刚度、精确的气动外形，以及良好的热强度。在固定舵翼面结构中，采用复合材料替代铝合金、钛合金可减重30%以上，并且在设计和成型工艺上都易于实现。但是在折叠舵翼面结构中，特别对于小尺寸折叠舵翼面，一方面为了实现折叠锁定机构的安装，需明确能否在复合材料中嵌人金属结构，并在成型后进行整体机加；另一方面需重点考虑舵翼面展开过程中的冲击环境对复合材料及其与金属材料的界面性能的影响，因为复合材料层合结构对面外冲击环境的敏感度很高，而舵面展开锁定过程中的冲击往往都是法向冲击。目前国内的防空导弹舵翼面结构尺寸较小，多数舵翼面采用折叠方式，且结构复杂，因此碳纤维复合材料在防空导弹舵翼面结构中的应用较少。

　　原材料供货、研发成本等因素是碳纤维复合材料在防空导弹应用过程中不可忽视的问题。该类材料在防空导弹发动机壳体结构中具有广泛的应用前景，可明显提升导弹的性能指标，在选材方面建议优先考虑强度、刚度、工艺性等综合性能较好的高强中模型碳纤维，并结合铺层工艺可有效提高壳体结构抗弯刚度。在导弹舱段结构中采用碳纤维复合材料主要出于对刚度、强度、耐温性等力学性能的苛刻要求，建议选择高模、高强碳纤维，并与高耐温等级树脂匹配使用。