“塑料”

在航空制造發(fā)展的百余年歷史中，飛機材料的更新?lián)Q代呈現(xiàn)出高速更迭與變換的狀態(tài)?？v觀人類航空發(fā)展史，材料和飛機一直是在相互推動下不斷得以發(fā)展和改進的。所謂“一代材料，一代飛機”，正是世界航空發(fā)展史的真實寫照。

木布結(jié)構(gòu)的時代

上世紀初，世界上第一架載人飛機上天。發(fā)明者萊特兄弟使用的材料以木材為主，占比達47%，其次是鋼(占35%)和布(占18%)。當然，這架飛機的飛行時度只有16公里。早期的飛機只帶著勇敢的探索者飛離地面。那時，設(shè)計師就是駕駛員。因為簡陋的機體結(jié)構(gòu)很不可靠，普通人不敢冒險從事飛行。

早期飛機用木條、木三夾板做大梁和骨架，用亞麻布做機翼的翼面，這就是所謂的飛機木布結(jié)構(gòu)。而在木桿與層板之間，通常用螺栓相拼接。機翼則蒙上涂抹過清漆的亞麻布，其間以縫紉方式與翼肋構(gòu)架相連接，而清漆可以保證翼面的堅挺度、應有的幾何形狀和強度。這樣的材料結(jié)構(gòu)一直沿用到第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，只是飛機的氣動外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨合理和完善。

自上世紀20年代起，人們設(shè)計出半硬殼式機身和具備翼型空間的機翼，飛機性能大幅提高，對飛機材料也提出了新的要求。在局部受力處，比如發(fā)動機架和整流罩等部位更多采用了金屬零件，但翼面、舵面和后機身仍部分采用布質(zhì)蒙皮，這就是所謂的飛機半金屬結(jié)構(gòu)。

1906年，德國冶金學家發(fā)明了可以時效強化的硬鋁，又稱杜拉鋁，使后來制造全金屬結(jié)構(gòu)的飛機成為可能。上世紀20年代，有極個別飛機開始試用強度更高的硬鋁合金，硬鋁合金替代了原先制作飛機骨架和翼肋的木條，也少量替代了承力較大的布質(zhì)機翼蒙皮。但當時飛機上的非承力部件，依然采用低成本的木布結(jié)構(gòu)。

當時，蘇聯(lián)等國也曾有設(shè)計師嘗試用“取之不盡”的鋼材來制造飛機，甚至是小客機。鋼的比重大于鋁，所以對于“為節(jié)約每一克結(jié)構(gòu)重量而奮斗”的飛機設(shè)計師而言，這肯定不是個好主意。重金屬不屬于航空器，它的使用將嚴重削弱飛機的飛行性能或使用效能。最終，怪異的“鋼鐵飛機”被拋棄也是意料之中的事情。

金屬材料興起

1925年以后，許多國家逐漸用鋼管代替木材做機身骨架，用鋁板做蒙皮，制造出全金屬結(jié)構(gòu)飛機。全金屬結(jié)構(gòu)飛機加大了結(jié)構(gòu)強度，改善了氣動外形，提高了飛機性能。到上世紀40年代，全金屬結(jié)構(gòu)飛機的時速已經(jīng)超過600公里。

然而，將硬鋁板材做到極端的也大有人在。作為當時的航空先進國，德國和美國在上世紀30年代后期都嘗試使用一種被壓成細波紋狀的薄鋁板做飛機表面的蒙皮。這樣的形狀可以額外加大其縱向強度。世界上第一架“為客機而設(shè)計的客機”容克F13和其他一系列容克、?？?、福特品牌的客機或運輸機都成功采用過這種外部材料。需要特別指出的是，直到目前，硬鋁仍然是全球飛機的主要用材。

到上世紀40年代初期，不少國家由于戰(zhàn)爭原因，有色金屬特別是航空用鋁庫存量告急，一些工廠又做起“木頭飛機”的復古夢。作為最成功的例子，英國皇家空軍的“蚊”式戰(zhàn)斗轟炸機是當時最負盛名的機型。“木頭飛機”大量使用膠水黏合結(jié)構(gòu)件，不僅堅固耐用，作戰(zhàn)效能也不錯。

進入上世紀50年代以后，人類跨入了超音速時代。飛機材料特別注重耐高溫指標，人類開始尋求全新的高強度耐熱材料。于是，出現(xiàn)了航空專用的既堅固又耐熱的鈦合金和不銹鋼。其中，鈦合金的研制成功和應用對解決機翼蒙皮的熱障問題起了重大作用。但需要指出的是，它們特別不易加工，同時因為比重大，通常只用在特殊部位、內(nèi)部骨架和起落架支柱等部位。作為特例，這些特殊鋼材也曾大范圍使用在極個別的特種飛機上。比如，上世紀60年代出現(xiàn)了能在3萬米高空進行3倍音速飛行的全鈦結(jié)構(gòu)間諜飛機SR-71。