你知道製造飛機需要用到哪些材料嗎？最早的飛機竟是木頭做的

自從人類開始嘗試遨遊藍天，用什麼樣的材料製造飛行器就一直是擺在科學家和工程師面前的一個重大問題。航天航空材料的發展也在極大程度上推動了航空航天事業的進步。那什麼樣的材料適合製造飛行器呢？一方面我們需要它比較結實，另外一方面我們還希望它密度比較小，也就是重量比較輕。除此之外工程師還提出了諸如耐高溫、耐腐蝕、易加工等等種種性能要求。

在1903年的時候，萊特兄弟製造了人類歷史上第一架飛機飛行者一號，當時它的主要材料是木頭，因為木頭是當時能夠找到的強度、剛度、重量都最適合製造飛機的天然材料。到了第一次世界大戰的時候天空中飛行的飛機依舊大多都是木頭，1915年，德國人雨果容克用鋁合金製造了世界上第一架全金屬結構的飛機J.1，金屬材料才進入了航空航天歷史大舞臺。

鋁合金是目前飛機製造業當中使用最廣的材料，它的塑性很好，易於加工，具有很好的強度，而且重量很輕。另外鋁合金還有很多的其他優點，比如疲勞強度高、斷裂韌性好、耐腐蝕、價格低等等，因此從1915年到現在鋁合金都是大部分飛機的主要材料，並且大量的飛彈、火箭以及太空飛行器上面也還在用鋁合金作為材料，除了鋁合金之外還有很多地方要用到鎂合金。鋁鎂合金雖然好但是也不能處處都用它們，它們的耐高溫特性很差，可用的溫度只有100多度，另外強度也不足以承受一些接頭處的巨大載荷。

這個時候就輪到老朋友剛出場了。鋼鐵作為最早被人類使用的金屬之一，它便宜，強度大，還耐高溫。但是它的重量實在是太大了，不能大規模使用。因此早期只分布在飛機上面一些高溫高負載的區域，比方說發動機附近，或者機翼尾翼的接頭等等這些地方。那有沒有重量又輕然後高溫性能又好的金屬材料呢？

那就是鈦合金，鈦合金的強度基本上接近合金鋼，高溫性能很優異，密度卻比鋼輕很多，它最早被用在發動機上面比如葉片等地方，但是鈦合金的冶煉和加工都比較困難，它非常耐高溫所以想把它融化掉就比較費事，鑄造什麼的就比較困難。而且它還有很多其他的特點，比方焊接的時候它又很活潑，容易氧化。所以想焊接鈦合金就必須得把工件放在一個充滿惰性氣體的環境裡面。另外如果想切削鈦合金的話，因為它強度比較高，而且導熱性很差，熱量散不出去，所以說動不動就把刀具給搞壞了。

除了各種各樣的金屬材料之外複合材料也是航空航天材料大家族裡面不可缺少的部分。複合材料是由兩種或者兩種以上材料複合成的材料，通常由機體和增強體組成。舉一個生活當中的例子大家就會理解了，比如鋼筋混凝土，這就是日常生活當中非常常見的一種混合材料。它是在混凝土當中加入鋼筋，使得新材料既有鋼筋的韌性，又有混凝土的剛度，它就成為一種非常出色的建築材料。那這種材料當中鋼筋它就是增強體，混凝土就是基體。複合材料在彈道飛彈，火箭，太空梭，還有宇宙飛船上早就已經廣泛使用了。

因為這些飛行器速度很快，所以在重返大氣層的時候或者在高速飛行的時候，跟空氣的作用會帶來極大的熱量。需要複合材料作為隔熱層來使用，而火箭、噴管等等這些地方也需要耐高溫的複合材料來製造。2003年的時候，哥倫比亞號太空梭在返回時解體墜毀就是因為它腹部的耐熱陶瓷基複合材料有一部分脫落了，最後導致了結構燒毀。

近年來複合材料越來越多的被使用在飛機上，那飛機製造中所使用的複合材料是用其他的更輕、更強的基體和增強體生產出來的。比如用樹脂基作為基體，然後拿碳纖維作為增強體的碳纖維複合材料，有些自行車，羽毛球拍子上用的就是這種。或者以樹脂為基體，玻璃纖維為增強體的玻璃鋼這也是常見的複合材料。這些複合材料抗疲勞、減震，還有這個非常出色的工藝性能，關鍵是它可以根據需要設計出來各個方向上面的強度和剛度。

從上世紀七十年代開始，複合材料就開始在飛機製造當中開始使用了。起初只是用在天線罩尾翼等等這些地方，隨著複合材料的性能不斷提升，人們就開始在飛機上面廣泛的使用複合材料，比如波音公司的787，還有空客的350，它都是大規模使用複合材料的民航客機，複合材料的佔比達到了50%左右。輔材第一次在飛機製造當中唱了主角，由於金屬材料的使用率大大下降，這個波音787的工程師開玩笑的說，他們製造的是一架塑料飛機。

那未來航空航天材料研究方向就是高性能、低成本、複合化、功能化、智能化這些方向，就是一方面材料本身的性能才會更好，會更結實、更輕、更耐久，還要更便宜。另外一方面材料有可能會有一些別的新的性能，比如隱身戰機上面這個材料就需要有吸波功能，它要能夠把雷達波給吸收掉，不要反射回去。或者將太陽能電池板跟結構材料融合，讓太陽能電池板本身也足夠結實，可以作為結構材料去參與受力。怎麼樣，現在你對飛機製造的材料是否了如指掌了呢？