復合材料在航空航天領域的主要推動因素在于飛機輕量化。與金屬等其他材料相比，一些增強纖維的比強度和比剛度更高，因此在航空航天工程的許多應用中，它們成為了受歡迎的候選者。增強纖維具有柔韌性、細度和高長徑比等特點，而且由于纖維具有高的表面體積比，因此它們可以是非常堅固的材料。

  為了實現航空航天領域的結構增強，增強纖維在強度、剛度、耐熱性或耐化學性方面需要具有非常高的性能，這些纖維通常比普通的纖維具有更高的韌性和更高的模量，而這些纖維中應用較為普遍的是碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維。紡織結構復合材料是為結構或承載應用而設計的含有剛性織物的材料，而柔性纖維材料（纖維、紗線和織物）的特定組合則被稱為紡織復合材料預成型件。紡織品預成型件在纖維取向、纏結和幾何形狀方面有很大差異。此外，紡織品預成型件結構可以從簡單的平面片材變化為復雜的三維（3D）網狀形狀。

  對于飛機、火箭和其他以比剛度為主要考慮因素的應用，碳纖維已成為主導材料。各種高性能纖維的結構和性能：韌性、模量、耐熱性、耐化學性等必須轉化到紗線和織物結構中，才能生產出具有所需性能的預成型件。在機械性能的情況下，這種轉移效率將在很大程度上取決于纖維在紗線和織物結構中的取向程度。應該注意的是，織物的結構和幾何形狀在實現特定性能（即熱阻和孔隙率）方面也起著重要作用。為用于承載功能的復合材料設計的紡織織物，例如在航空航天應用中，通常需要在多個方向上展示功能元件。在這種情況下，正交各向異性的雙軸編織織物在軸向和徑向上表現出高的強度和較差的順應性，而在偏置方向上表現出相反的順應性。這同樣也適用于包含經紗和緯紗鑲嵌的拉舍爾針織物。

  另一方面，編織織物在軸向和徑向方向上表現出低強度和高柔順性，而在壓方向上則相反。許多由隨機取向的組成元素組成的非織造織物具有一定程度的各向同性。然而，所有四種織物形成系統的傳統產品都是平面片材，在厚度方向上沒有功能元素。即使這些平面片材如在層壓板中那樣一個接一個地連接，在第三方向上的功能元素也不存在。為了在機織、編織和針織織物中實現改進的平面各向同性，可以在不同方向引入紗線。這種方法產生了三軸機織物和三軸編織物以及多軸編織和針織織物。在編織、針織和編織結構中引入第三方向的承載元件，產生了3D織物形成系統。在本專題文章中將會詳細介紹航空航天領域用復合材料的纖維結構，本文將首先介紹復合材料內纖維一維（1D）、二維（2D）和三維（3D）纖維結構的主要特點和性能特征。

 一維（1D）、二維（2D）和三維（3D）纖維結構概述

纖維是一種一維（1D）材料，可以通過紡織工藝設計成形成各種1D、二維（2D）和三維（3D）纖維結構。形成的纖維結構可以不同的方式進行分類，要么基于結構完整性和纖維線性和連續性，要么基于織物形成技術。根據結構完整性、纖維線性和連續性，纖維結構可分為四類：2D離散結構、2D連續結構、2D平面交錯結構和3D完全集成結構。

2D機織織物

具有隨機分布的短纖維的2D離散纖維結構不具有材料連續性。其結構完整性來源于纖維間摩擦，從而導致強度轉換效率低。2D連續纖維結構是一種單向或多向的纖維系統，它是通過排列連續的纖維來實現的。它具有較高的纖維連續性和線性，因此具有較高的強度轉換效率。然而，這種沒有平面內和平面外紗線交織的纖維結構具有層內和層間的弱點。

3D編織結構（a）正交；（b）貫穿厚度角度聯鎖；（c） 層間角度聯鎖；（d） 完全交錯

為了克服層間失效問題，開發了使用連續纖維的2D平面交錯和交織纖維結構，但由于缺乏貫穿厚度的纖維增強，其層間強度仍然有限。與2D纖維結構不同，3D完全集成的纖維結構具有在各種平面內和平面外方向上定向的纖維。通過厚度方向的額外增強使復合材料幾乎無分層。

多軸向織物

除了用于細絲纏繞和角層帶疊層結構的2D連續纖維結構之外，其他2D和3D纖維結構可以使用工業化的紡織工藝來實現，因此可以分為非織造結構、針織結構和編織結構。雖然2D離散纖維結構可以通過非織造技術形成，但其他2D和3D纖維結構可以由針織和編織技術制造。