飞机中几种常用材料

飞机结构材料必须强度高、重量轻。大致有如下几类：木材、钢、铝合金、钛合金、塑料等，还有20世纪后半叶发展起来的复合材料以及发动机领域的一些耐热合金等也用的越来越多。下面笔者逐一进行简单介绍。
一、木材
要点一：木材中以云衫和桦木应用最多。
要点二：1903年莱特兄弟制造的第一架装有活塞发动机的飞机中，所用木材占47％。
要点三：二次世界大战期间，英国的哈维兰公司制造了全木材结构的“蚊”式飞机。
木材应用于早期的飞机相当成功，但由于飞机速度的增加、载荷增加、结构形状更加复杂等因素，给木制结构的应用带来了很大局限，同时木材比金属结构需要更多的维修，还不适合在潮湿环境工作，以及易受炮火攻击，木材的易损、易燃等问题。宣告木材作为飞机主要结构材料的终结。现在木材除了以层板的形式作为非结构隔板、地板和家具以外，已不大量使用。
二、三组铝合金
要点一：第一组铝合金就是杜拉铝合金，分别含4％铜，0.5％镁，0.5％猛，0.3％硅，0.2％铁，其他为铝。
要点二：第二组铝合金不同于杜拉铝，主要是加入1％－2％的镍与高含量的镁，以及改变含量的铜、硅和铁。
要点三：第三组铝合金开发的最晚，其强度高低取决于锌与镁的含量。标准组中分别含2.5％的铜、5％锌、3％镁、1％镍。
1937年以来，飞机结构极大地依赖于这三组铝合金。三组铝合金大量用于飞机骨架、蒙皮及受力件。总体上看，铝合金的强度随温度升高而降低。当飞机速度较高时，气动加热会影响铝合金强度。但在飞行2.2－2.3Ma范围内时，仍可使用铝合金材料制作飞机结构。因此，铝合金在航空领域的重要作用仍会持续很多年。
三、钢
要点一：20世纪30年代后常用钢制作机翼后梁、主起落架枢轴及轴座、翼根连接件等。
要点二：应用广泛的属马氏钢。马氏钢含镍17％－19％，钴8％－9％，铜3％－3.5％，钛0.15％－0.25％，碳含量最大在0.03％，以及限量的猛、硅、硫、磷、铝、硼、钙和锆。马氏钢比通常的低碳钢有更高的断裂韧性和冲击强度，热处理简单，虽然价格比普通钢贵3倍多，但普通钢加工复杂，使总的费用差不多，因此常用马氏钢制造各种锻件，如舰载机拦阻钩、起落架、弹射座椅以及各种受力结构锻件。
四、钛合金
要点一：航空工业目前使用两种钛合金。第一种是控制加入铝、锡或锆；第二种则还包括部分猛、钒、铝、铌。两种钛合金均制成薄板、铸件形式，在发动机与飞机结构中广泛应用，如发动机压缩机叶片、涡轮盘等。
要点二：钛合金有较高的强度，很好的热强度与拉伸强度比，以及突出的疲劳极限。有些钛合金在摄氏400－500度下还能保持较高的强度、好的抗腐蚀性及抗盐雾环境能力，这对舰载机很重要。钛的缺点是密度较大，约是钢的0.6倍，大量使用也需付出重量代价。
要点三：钛合金可制造机轮、板件、加筋条、紧固件、翼根连接件等。
五、塑料
透明塑料密度约为1，比木材重，但具有相当的强度，用于制造窗玻璃和电绝缘件。
六、玻璃
用于做座舱风挡及玻璃窗，承受横向载荷。
七、高温合金
要点一：高温合金又称超合金、耐热合金，能在摄氏600－1100度下承受一定应力、抗氧化和抗腐蚀，是以镍、铁或钴为基体的金属材料，也是现代航空燃气涡轮发动机不可或缺的重要材料。
要点二：现代航空燃气涡轮发动机中高温合金的重量占整机的50％以上，其中大部分材料用于高压压气机后的热端部件。在三种基体的高温合金中，镍基高温合金迄今性能最为优越，用途最为广泛；铁基高温合金曾用作涡轮盘，但在现今新型发动机中，由于燃气温度大大提高，因而不再采用，取而代之的是粉末高温合金在涡轮盘上的应用；钴基合金一直以来用作涡轮导向叶片，现在已用定向、单晶高温合金再做涡轮叶片。
八、复合材料
要点一：复合材料是由两个或两个以上独立的物理相，包括基体和增强材料（颗粒、片状物、纤维及其织物）组成的一类固体产物。
要点二：由于复合材料具有高的比强度和比刚度，因此已广泛为各种飞机所采用，而且使用范围越来越广，用量越来越多。例如：在战斗机中，F14所占比例占1％，F15占2％，F22占24％；在客机中，747占1％，777占11％，787占50％。