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在一个多世纪的时间里，飞机材料已经从精致的木材、金属和织物转变成由高端材料混合而成的复合材料。本文将带你一起回顾航空材料的发展史。 “金属会飞吗？”
1915年，就在莱特兄弟（Wright Brothers
）进行首次动力飞行仅12年之后，这成为航空专家们讨论的热门话题。在使用木材、钢丝和帆布将飞机制造得尽可能轻的时候，完全由金属制成的飞机的想法在技术上和成本上仍然不可行。 但是，有个人的想法却有所不同。德国Hugo
Junkers不仅在空中战斗和飞行比赛中，而且在大规模的货物和乘客运输中都看到了航空业的未来。这将需要对飞机的制造方式进行重大改变。他的革命性钢制J-1是世界上第一架全金属飞机，也是第一架使用单翼飞机机翼的飞机。 J-1的绰号是Blechesel（“ Tin Donkey”或“ Sheet Metal Donkey”），作为技术演示者，J-1从未进入批量生产。但是Junkers的大胆想象使航空业走上了材料发展的道路，使飞机更坚固、更轻、更快、更高效。 空中客车公司在A310上使用碳纤维垂直稳定器证明了自己是业界最成功的初始创新之一，碳纤维的使用减轻了250公斤的重量，这标志着碳纤维复合材料在商业客机中的开创性使用。 取而代之的是，碳纤维增强塑料被证明是航空业真正革命性的材料。它具有比金属更好的强度重量比，并且对疲劳和腐蚀的敏感性更低。 1920-1930年代：向金属的过渡Junkers发现钢制的J-1坚固耐用，但处理起来又笨重。他将注意力转向了铝，铝是20世纪初开始出现的一种可行的制造材料，轻巧而坚固，它的重量是钢铁的三分之一，非常适合飞机使用。 Junkers用它开发了世界上第一批民用客机，例如F-13和G-24。Henry
Ford注意到了Junkers的工作，于1925年制造出了福特Trimotor。这些飞机迎来了长途客运航空时代，尽管直到1930年代初，金属飞机才可以经济高效地制造出来。 也许最重要的机型是1935年推出的道格拉斯DC-3。它的速度更快、可靠、易于维护且舒适，今天仍有数百架飞机飞行，这证明了全金属飞机的耐用性。 战后：新金属随着高速喷气式飞机的普及，航空航天工程师开始将目光投向钢和铝。由于钛的强度密度比、耐腐蚀、抗疲劳和耐高温性能，钛成为一种有吸引力的材料，但它很稀有且非常昂贵。 在1950年代后期，新金属小零件开始成为集成的发动机和暴露于高温的部分，例如排气罩或机翼前缘。然而，有限的钛储量和高昂的生产成本限制了进一步使用。 1970-1980年代：碳纤维起飞玻璃纤维增强塑料或玻璃纤维是飞机上使用的第一种轻质复合材料。它最初使用是在1940年代，用于整流罩、机头和座舱，并且还用于直升机的旋翼桨叶，例如BölkowBo 105和BK 117，以及1960年代和1970年代的Gazelle SA 340。 1975年，AS350Écureuil直升机采用了玻璃纤维复合材料制成的主旋翼头，通过高度集成的设计大大减少了零件数量。但是，低刚度导致运输飞机中承重主结构的使用受到限制。 上世纪70年代碳纤维的问世，以其优异的高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等系列化优势迅速取代玻璃纤维，成为航空复合材料的最常用增强体。 1990年代至今：复合材料世界从碳纤维诞生起，碳纤维复合材料变得越来越普遍，制造技术的进步使得能够生产更大、更复杂的零件。 由于直升机的发动机举足轻重，因此该领域的采用率非常高：空中客车Tiger直升机的机身结构由80％的复合材料制成，而2007年推出的NH90则由90％的复合材料制成。 就空客公司的固定翼飞机而言，2005年推出的强大A380几乎有四分之一是由复合材料制成的。A350 XWB宽体喷气客机由50％以上的复合材料制成，与铝制竞争对手相比，燃油消耗减少了25％。 空中客车于2013年启动了为其A400M军用运输机设计的巨大碳纤维机翼，为开拓性的A350 XWB奠定了基础。但是，金属还没有过时：A350 XWB的零件仍由钢和钛制成，而近20％的零件则由铝-锂制成。这种先进的合金使用世界上最轻的金属锂来减轻铝的重量，同时提高其强度、韧性、耐腐蚀性和成形性。 未来篇章制造更快、更轻、更省油的飞机意味着航空业正在不断研究和开发下一代材料。2015年底，空中客车公司宣布了其新的“仿生”隔板，该隔板比目前的设计轻了45％。它使用的Scalmalloy是一种新型合金，被空中客车子公司APWorks专为3D打印而开发。 除此之外，空客公司还在进行4D打印和“数字材料”的研究，当遇到水分、运动或温度变化等外界力时，它们会自行改变形状。这可以消除对重型机械控制系统的需求，并且空中客车公司已经在测试进气口技术。有一天，它甚至可以成为构成整个机舱的基础。 |
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