飛機中幾種常用材料

飛機結構材料必須強度高、重量輕。大致有如下幾類：木材、鋼、鋁合金、鈦合金、塑料等，還有20世紀後半葉發展起來的複合材料以及發動機領域的一些耐熱合金等也用的越來越多。下麵筆者逐一進行簡單介紹。
一、木材
要點一：木材中以雲衫和樺木應用最多。
要點二：1903年萊特兄弟製造的第一架裝有活塞發動機的飛機中，所用木材占47％。
要點三：二次世界大戰期間，英國的哈維蘭公司製造了全木材結構的“蚊”式飛機。
木材應用於早期的飛機相當成功，但由於飛機速度的增加、載荷增加、結構形狀更加複雜等因素，給木製結構的應用帶來了很大局限，同時木材比金屬結構需要更多的維修，還不適合在潮濕環境工作，以及易受炮火攻擊，木材的易損、易燃等問題。宣告木材作為飛機主要結構材料的終結。現在木材除了以層板的形式作為非結構隔板、地板和家具以外，已不大量使用。
二、三組鋁合金
要點一：第一組鋁合金就是杜拉鋁合金，分別含4％銅，0.5％鎂，0.5％猛，0.3％矽，0.2％鐵，其他為鋁。
要點二：第二組鋁合金不同於杜拉鋁，主要是加入1％－2％的鎳與高含量的鎂，以及改變含量的銅、矽和鐵。
要點三：第三組鋁合金開發的最晚，其強度高低取決於鋅與鎂的含量。標準組中分別含2.5％的銅、5％鋅、3％鎂、1％鎳。
1937年以來，飛機結構極大地依賴於這三組鋁合金。三組鋁合金大量用於飛機骨架、蒙皮及受力件。總體上看，鋁合金的強度隨溫度升高而降低。當飛機速度較高時，氣動加熱會影響鋁合金強度。但在飛行2.2－2.3Ma範圍內時，仍可使用鋁合金材料製作飛機結構。因此，鋁合金在航空領域的重要作用仍會持續很多年。
三、鋼
要點一：20世紀30年代後常用鋼製作機翼後梁、主起落架樞軸及軸座、翼根連接件等。
要點二：應用廣泛的屬馬氏鋼。馬氏鋼含鎳17％－19％，鈷8％－9％，銅3％－3.5％，鈦0.15％－0.25％，碳含量最大在0.03％，以及限量的猛、矽、硫、磷、鋁、硼、鈣和鋯。馬氏鋼比通常的低碳鋼有更高的斷裂韌性和衝擊強度，熱處理簡單，雖然價格比普通鋼貴3倍多，但普通鋼加工複雜，使總的費用差不多，因此常用馬氏鋼製造各種鍛件，如艦載機攔阻鉤、起落架、彈射座椅以及各種受力結構鍛件。
四、鈦合金
要點一：航空工業目前使用兩種鈦合金。第一種是控製加入鋁、錫或鋯；第二種則還包括部分猛、釩、鋁、铌。兩種鈦合金均製成薄板、鑄件形式，在發動機與飛機結構中廣泛應用，如發動機壓縮機葉片、渦輪盤等。
要點二：鈦合金有較高的強度，很好的熱強度與拉伸強度比，以及突出的疲勞極限。有些鈦合金在攝氏400－500度下還能保持較高的強度、好的抗腐蝕性及抗鹽霧環境能力，這對艦載機很重要。鈦的缺點是密度較大，約是鋼的0.6倍，大量使用也需付出重量代價。
要點三：鈦合金可製造機輪、板件、加筋條、緊固件、翼根連接件等。
五、塑料
透明塑料密度約為1，比木材重，但具有相當的強度，用於製造窗玻璃和電絕緣件。
六、玻璃
用於做座艙風擋及玻璃窗，承受橫向載荷。
七、高溫合金
要點一：高溫合金又稱超合金、耐熱合金，能在攝氏600－1100度下承受一定應力、抗氧化和抗腐蝕，是以鎳、鐵或鈷為基體的金屬材料，也是現代航空燃氣渦輪發動機不可或缺的重要材料。
要點二：現代航空燃氣渦輪發動機中高溫合金的重量占整機的50％以上，其中大部分材料用於高壓壓氣機後的熱端部件。在三種基體的高溫合金中，鎳基高溫合金迄今性能最為優越，用途最為廣泛；鐵基高溫合金曾用作渦輪盤，但在現今新型發動機中，由於燃氣溫度大大提高，因而不再采用，取而代之的是粉末高溫合金在渦輪盤上的應用；鈷基合金一直以來用作渦輪導向葉片，現在已用定向、單晶高溫合金再做渦輪葉片。
八、複合材料
要點一：複合材料是由兩個或兩個以上獨立的物理相，包括基體和增強材料（顆粒、片狀物、纖維及其織物）組成的一類固體產物。
要點二：由於複合材料具有高的比強度和比剛度，因此已廣泛為各種飛機所采用，而且使用範圍越來越廣，用量越來越多。例如：在戰鬥機中，F14所占比例占1％，F15占2％，F22占24％；在客機中，747占1％，777占11％，787占50％。