青创前沿｜走进飞机制造材料“大世界”

乐活 2024-10-15 13:44 上海

各位团粉们～

今天就让我们一起

走进飞机制造材料的“大世界” 😉

看看还有哪些知识是你不知道的～

制造大飞机都用哪些材料呢？

当前，飞机制造广泛采用铝合金、钛合金和复合材料等。铝合金 因其强度高、密度低、易加工等特性，常用于飞机机身、机翼等部位；钛合金 因其高强度、耐热和耐腐蚀性优秀，常见于大飞机高温部件、发动机等处；复合材料 因重量轻、承载强度高、耐腐蚀性强，常见于机翼、尾翼、机身等部位，并且一些特殊材料，如陶瓷材料等也常被采用，以适配各种不同性能需求。

20世纪初，世界上第一架载人飞机“飞行者1号”成功上天。发明者莱特兄弟在制造这架飞机时采用云杉木作为飞机骨架和大梁，木材占比达 47%；其次是钢，占比为 35%；使用涂抹过清漆的亚麻布作机翼翼面，布占比18%。1906年，德国冶金学家Alfred Wilm将Al、Cu、Mg三种金属按一定配比通过时效强化制备出了一种强度和硬度显著提升的金属间化合物，又称为“杜拉铝”，1925年以后，这种铝合金替代了原先制作飞机骨架、翼肋的木头条，并开始用铝板做蒙皮，制造出了全金属结构飞机。1950年后，钛合金开始被引入，极大提升了飞机特殊部位的耐用性和服役性能。

木头

铝合金

20世纪70年代，复合材料开始被引入飞机制造，其低密度、高强度和高刚度、抗疲劳性能、减震性能和工艺成型性能优良，但成本较高。随着航空材料的不断进步，碳纤维复合材料和钛合金等新型材料也开始广泛应用。

钛合金

碳纤维

进入21世纪，航空材料的发展趋势主要为高性能、低成本、复合化、功能化、智能化。例如，镁合金虽为轻质、高强度航空材料，但耐腐蚀性和可加工性较差，仍在不断发展和应用中。同时，新型航空材料，如定向凝固、机械合金化、快速凝固、复合裁剪技术等，以及复合材料和复合结构的应用日益增多，材料研制逐渐走向高纯、高均匀性、定量化发展。

飞机材料的发展历程是一个不断创新的过程，从最初的木料、钢和帆布，到铝合金、钛合金和复合材料等，再到新型的航空材料，如镁合金和定向凝固、机械合金化、快速凝固、复合裁剪技术等，都在推动航空事业的发展。

飞机材料的种类都有哪些？

飞机材料可大致区分为结构材料、结构-功能材料、功能材料 以及 智能材料。

结构材料主要负责飞机主体结构，如机身、机翼、尾翼等，需支撑飞机重量、承受应力及冲击，并具备高强度、高韧性、低重量与良好抗腐蚀性。常见的结构材料有铝合金、钛合金、钢、复合材料等，在复合材料中目前主承力结构主要采用T800级碳纤维/增韧环氧材料，次承力结构则多采用T300级碳纤维/非增韧环氧材料。

结构-功能材料兼具结构与其他功能，如陶瓷材料、碳纤维复合材料等，陶瓷材料常用于飞机高温部件、发动机、刹车片等，具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优点。

功能材料主要服务于飞机各类功能部件，如发动机、刹车片、传感器等，需具备特定功能，如耐高温、耐腐蚀、导电、导热、磁性等。常见的功能材料有陶瓷材料、碳纤维复合材料、金属材料、半导体材料等。

陶瓷

传感器

蜂窝材料

半导体

总的来说，没有先进的航空材料，就不会有先进的飞机。特殊的飞机发展需求推动着航空材料形成非凡成果。航空技术在高科技领域独树一帜，航空材料则是材料世界的“天之骄子”。航空材料走过了百年光辉历程，未来的百年进程中，它也必将会再铸辉煌。

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图、文 | 郭鹏飞

校对 | 黄毅伟

责任编辑 | 李忻怡

出品 | 上海飞机制造有限公司团委

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