兵工科技2018-05-28 15:51:47
圖注：世界上第一種全金屬飛機——J 1
從飛機誕生之日起，飛機材料經歷了從木材、鋼鐵、鋁材、鈦到碳纖維複合材料的進化。機體在強度、重量、耐腐蝕性等方面都發生了巨大的改變。
一開始人們只能用木材、鋼線和帆布來製造飛機，這樣才能讓飛機足夠輕。完全用金屬製造飛機的想法看起來在技術上和成本上仍然不可行。
德國航空先驅雨果·榮克斯認為航空的未來不僅在於空戰和飛行競賽，還在於能夠運輸貨物和乘客的大型運輸機，這就需要對飛機制造方式進行重大改變。他設計並製造了世界上第一種全金屬飛機——J 1，該機同時也成為世界上第一種單翼機。後來，因為鋼製的飛機堅韌耐用，但因過重而難以操縱。於是人們把注意力轉向了鋁，這種金屬在20世紀初普遍應用於製造領域。鋁的重量輕、強度高，比重僅是鋼材的三分之一，成為製造飛機的理想選擇。
採用鋁合金製造出世界上首批民用客機，代表作有F 13和G 24。其中最重要的機型是1935年出現的道格拉斯DC-3。這型飛機速度快、可靠性高、易於維護、乘坐舒適，至今仍有數百架在服役。
隨著高速噴氣飛機如火如荼地發展，航空航天工程師開始尋找比鋼材和鋁材更優秀的金屬材料。由於鈦的強度-密度比以及具有耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫的特點，使其成為一種具有吸引力的材料。但鈦是稀缺金屬，非常昂貴。在20世紀50年代後期，航空工業開始在發動機和暴露於高溫的機身部位安裝鈦合金小零件，如尾噴管整流罩和機翼前緣。但有限的鈦儲量和高昂的生產成本限制了人們對這種金屬的進一步應用。
飛機上使用的第一種輕質複合材料是玻璃纖維增強塑膠，簡稱“玻纖”。這種材料最早在20世紀40年代被用於製造整流罩、機鼻和駕駛艙。後來在60-70年代被用於製造直升機的旋翼葉片最後，碳纖維增強塑膠成為一種真正革命性的航空材料，不僅強度重量比高於金屬，而且不易疲勞和腐蝕。空客透過給A310換裝碳纖維垂尾證明自己是業內碳纖維材料應用先驅之一，減重幅度超過250公斤，這是碳纖維複合材料在噴氣式客機上的開創性應用。此後，碳纖維複合材料變得越來越普遍，而且隨著製造技術的進步，人們能夠製造出更大和更復雜的部件。由於直升機的發動機必須能產生提升起機體全部重量的升力，所以復材在直升機領域的利用率非常高：空客“虎”式直升機的機身結構有80%使用複合材料製造，在2007年推出的NH90上，復材佔比更是達到90%。在固定翼飛機方面，空客A380有近四分之一的結構由複合材料製造。空客在2013年推出的A400M軍用運輸機有著巨大的碳纖維機翼，為後續的A350客機奠定了基礎。
但金屬仍未過時，空客A350仍安裝了鋼製和鈦制零件，並且有近20%的結構採用鋁鋰合金製造。這種先進合金摻入了世界上最輕的金屬——鋰以降低鋁合金的重量，同時提高其強度、韌性、耐腐蝕性和成型特性。
