一代材料一代飛機(jī)

劉欣

古往今來(lái)，飛行的夢(mèng)想始終流淌在人類的血脈深處，“嫦娥奔月”、“馭龍飛毯”的神話傳說(shuō)是古時(shí)人們對(duì)長(zhǎng)空的期盼與遐想;“熱氣球”、“飛艇”是先驅(qū)者們矢志不渝、逐夢(mèng)蒼穹的試煉。1903年，

“飛行者一號(hào)”橫空出世，開(kāi)啟了“一代材料，一代飛機(jī)”的跨越式發(fā)展紀(jì)元。木布、全金屬、復(fù)合材料……航空材料的應(yīng)用、演進(jìn)，隨飛行夢(mèng)想啟航，伴飛機(jī)迭代革新，見(jiàn)證著人類航空事業(yè)的不朽征程。

長(zhǎng)空筑夢(mèng).木布飛機(jī)早期探索

19世紀(jì)末前，飛艇長(zhǎng)居先導(dǎo)地位，人類對(duì)飛行器的探索難以沖破“輕于空氣、可控動(dòng)力飛行”的壁壘。1903年12月17日，萊特兄弟駕駛“飛行者一號(hào)”試飛成功，賦予了人類可控動(dòng)力飛行夢(mèng)想的現(xiàn)實(shí)意義。早期的飛機(jī)以木條、木三夾板為架構(gòu)，以涂抹清漆的亞麻布為翼面，勇敢的先驅(qū)者們搏命試駕，次次探索、革新使飛機(jī)的氣動(dòng)外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨合理與完善。20世紀(jì)20年代之前，木布結(jié)構(gòu)一直是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主流。

戰(zhàn)爭(zhēng)催化，全金屬飛機(jī)迅猛發(fā)展

一戰(zhàn)時(shí)期，飛機(jī)的軍事屬性顯露雛形，交戰(zhàn)各方為奪取空中優(yōu)勢(shì)而鏖戰(zhàn)，一種種飛機(jī)被發(fā)明，又快速被超越、迭代，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)技術(shù)和動(dòng)力技術(shù)飛速發(fā)展。

隨著飛機(jī)性能的不斷提升，木布材料強(qiáng)度、剛度不足，易燃易腐蝕的“先天不足”被無(wú)限放大，機(jī)體金屬部件的使用比重迅速提高。

1906年法國(guó)率先發(fā)明了可以時(shí)效強(qiáng)化的杜拉鋁，飛機(jī)對(duì)新航空材料的渴求得以破局，全金屬承力蒙皮結(jié)構(gòu)形式興起。二戰(zhàn)爆發(fā)，全金屬飛機(jī)代系迅猛發(fā)展，鋁合金、鎂合金等材料逐步運(yùn)用于機(jī)體，催生的高速遠(yuǎn)程轟炸機(jī)改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的面貌，刺激了全航空產(chǎn)業(yè)的極速革新。

突破熱障，鈦合金材料發(fā)力

戰(zhàn)爭(zhēng)的風(fēng)暴推動(dòng)航空科技發(fā)展駛?cè)肟燔嚨溃?0世紀(jì)50年代末，沖破音障瓶頸的飛機(jī)技術(shù)遭逢熱障的掣肘，耐疲勞、耐腐蝕、耐高溫的新型航空材料——鈦合金先導(dǎo)發(fā)力。20世紀(jì)60年代全鈦結(jié)構(gòu)的偵查機(jī)SR-71成功突破熱障，但全機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)并不是普適的最佳解決方案。迫于有限的鈦儲(chǔ)量、繁復(fù)的加工工藝、高昂的制造成本，飛機(jī)對(duì)鈦合金的應(yīng)用僅局限在發(fā)動(dòng)機(jī)和暴露于高溫的機(jī)身部位。

早年各國(guó)發(fā)明各式飛機(jī)所憑借的創(chuàng)造力，如今正被用來(lái)研發(fā)超輕型結(jié)構(gòu)材料和替代能源動(dòng)力系統(tǒng)，更輕便、高性能航空材料的研制已是航空大國(guó)博弈的焦點(diǎn)。

科技引領(lǐng)，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生

材料科學(xué)的發(fā)展突破為航空科技注入了新動(dòng)能，20世紀(jì)70年代起，新一代航空材料——復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱復(fù)材）應(yīng)運(yùn)而生，以高強(qiáng)度、高模量、低比重的碳纖維為首的高性能航空復(fù)材極速創(chuàng)新，現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)斬獲強(qiáng)力推進(jìn)器。

從受力、制件尺寸較小的艙門(mén)、襟副翼等部件到垂尾、平尾等尾翼級(jí)構(gòu)件，直至機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)，航空復(fù)材的應(yīng)用踏入跨越式發(fā)展進(jìn)程，并開(kāi)始引領(lǐng)現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)走向新紀(jì)元。

偉大時(shí)代凝聚堅(jiān)定力量，堅(jiān)定力量煥發(fā)人類飛行夢(mèng)想的時(shí)代活力?！爸凛p、至快、至強(qiáng)”的飛機(jī)夙愿驅(qū)動(dòng)著航空復(fù)材的革新演進(jìn)，指引著人類逐夢(mèng)長(zhǎng)空的不朽征程。

蓄力升級(jí)，國(guó)內(nèi)復(fù)材發(fā)展日新月異

20世紀(jì)50年代起，新中國(guó)的航空工業(yè)浴火崛起、迅速壯大，國(guó)內(nèi)航空材料響應(yīng)機(jī)型的迭代，演繹出自引進(jìn)、仿制、改進(jìn)、改型至自主研制的奮進(jìn)華章。60年代，國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)體結(jié)構(gòu)的復(fù)材研制提上日程;70年代中期，復(fù)材戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道壁板成功問(wèn)世;1985年，合有復(fù)材垂尾的戰(zhàn)斗機(jī)成功首飛;1995年，帶有整體油箱的復(fù)材機(jī)翼成功研制;2000年，運(yùn)7的復(fù)材垂尾通過(guò)適航審定;2018年CR929復(fù)材機(jī)身筒段總裝下線……數(shù)十載砥礪奮進(jìn)，航空復(fù)材全力助導(dǎo)我國(guó)軍機(jī)戰(zhàn)力突破升級(jí)、持續(xù)發(fā)力，并逐步在民機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中嶄露頭角。

時(shí)至今日，國(guó)內(nèi)以環(huán)氧、雙馬和聚酰亞胺為主的復(fù)材體系，以熱熔預(yù)浸制造技術(shù)和熱壓罐成形技術(shù)為主的復(fù)材成型技術(shù)體系已然成型，蓄力躍進(jìn)。新時(shí)代，傳統(tǒng)材料大有可為、復(fù)合新材日新月異，為國(guó)產(chǎn)飛機(jī)走向國(guó)際賦能、助力，彰顯出我國(guó)銳意進(jìn)取、嶼立東方的航空自信。

蓄力升級(jí)，國(guó)內(nèi)復(fù)材發(fā)展日新月異