“一代材料，一代飛機(jī)”，飛機(jī)的每一次進(jìn)步都和航空材料的進(jìn)步密切相關(guān)。航空材料對飛機(jī)性能的影響很大，因此材料技術(shù)的不斷進(jìn)步是航空發(fā)展歷程重要的組成部分，從飛機(jī)材料的先進(jìn)程度往往可以推測飛機(jī)的先進(jìn)程度。100多年來，飛機(jī)材料經(jīng)歷了從非金屬到金屬再到非金屬的循環(huán)式提高，而且看起來似乎并沒有終點。
　　傳統(tǒng)的木材
　　很顯然，飛機(jī)材料需要盡量的輕，同時需要足夠的強(qiáng)度，以保證能承受飛行時產(chǎn)生的巨大氣動力。尋找最合適的飛機(jī)材料的任務(wù)即使在今天依然在進(jìn)行當(dāng)中，更不要說在100年前了。
　　在飛機(jī)的啟蒙時期，人們利用手上一切可以使用的材料來制造飛機(jī)。萊特兄弟的“飛行者一號”用云杉木做機(jī)翼結(jié)構(gòu)，用布料做蒙皮，框架中間也塞滿了織物。以“飛行者一號”的重量和飛行速度來看，這種材料和結(jié)構(gòu)已經(jīng)足夠輕且堅固，并且具有一定的柔性。確實，在那個飛機(jī)都是從手工作坊走出來的時代，木材是人們最方便得到的具有一定強(qiáng)度、密度不大且加工方便的材料。事實上，即使到了后來金屬飛機(jī)大行其道之時，木制飛機(jī)還是有很多經(jīng)典之作。例如二戰(zhàn)期間橫行德國上空的“蚊”式飛機(jī)，它除了發(fā)動機(jī)以外就都是木制結(jié)構(gòu)，可以利用家具廠的資源生產(chǎn)，而且不占用寶貴的金屬材料。
　　實際上，木材雖然比金屬材料輕，但由于其強(qiáng)度有限，如果飛機(jī)設(shè)計不好的話木制飛機(jī)反而可能比金屬飛機(jī)更重，因為要達(dá)到相同的強(qiáng)度需要的木材更多。這個問題的典型事例就是“云杉木鵝”：全身都是由云杉木打造的、人類歷史上外型尺寸最大的飛機(jī)。它正式的名稱是休斯H-4“大力神”，但他們外號除了“云杉木鵝”之外，人們還叫它“能飛的貯木場”?！霸粕寄均Z”的重約200噸，是二戰(zhàn)期間設(shè)計的最大的飛機(jī)，由于戰(zhàn)時金屬材料緊缺，因此飛機(jī)都使用木材制造。這架飛機(jī)設(shè)計于20世紀(jì)40年代初，但到1947年才建造完畢，且只進(jìn)行了一次飛行，飛行速度約120千米／小時，飛行高度僅24米，飛行距離1600多米，然后就被束之高閣，再也沒有飛過。顯然，它的動力相對于200噸的體重來說太過弱小了。
　　長盛不衰的鋁合金
　　隨著對飛機(jī)性能要求的不斷提高，飛機(jī)的速度、載重和機(jī)動性都有較大的提高，木質(zhì)材料的缺點越來越多地暴露出來，諸如結(jié)構(gòu)脆弱、安全性差等，木質(zhì)結(jié)構(gòu)走到了盡頭。人們也逐漸意識到全金屬飛機(jī)的安全性大大優(yōu)于木質(zhì)飛機(jī)(包括鋼-布結(jié)構(gòu))。當(dāng)然，對于所謂的全屬飛機(jī)，如果都用鋼材來制造飛機(jī)以當(dāng)時的條件看是不現(xiàn)實的，因為航空發(fā)動機(jī)無法為沉重的全鋼飛機(jī)提供足夠的動力，于是鋁合金作為一種高強(qiáng)度、低密度的材料登上歷史舞臺。實際上，早在20世紀(jì)頭20年，德、法等國已經(jīng)設(shè)計出為數(shù)不多的幾架鋁合金飛機(jī)，但由于在氣動布局上沒有大的突破，所以性能沒有什么提高，而且還白白增大了質(zhì)量。
　　在人類航空史上，20世紀(jì)30年代正處于民航事業(yè)起步、創(chuàng)記錄飛行此起彼伏的“黃金時代”，飛機(jī)結(jié)構(gòu)開始趨向單翼布局以及全金屬化。隨著飛機(jī)設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步，適合鋁合金的先進(jìn)的氣動布局開始出現(xiàn)，鋁合金也逐漸取代早期的木質(zhì)材料成為飛機(jī)材料的主流，除受力較大的部件仍然采用鋼材之外，其他主要部件都采用鋁合金制造。但是由于鋁合金成本較木材高，因此除軍用飛機(jī)加速采用鋁合金的步伐以外，當(dāng)時仍有大量的木制結(jié)構(gòu)飛機(jī)在民航中服役。直到今天，鋁合金仍是最為重要的航空材料之一，并且仍然不斷推出新型的鋁合金材料。鋁鋰合金就是先進(jìn)鋁合金材料之一。鋰是世界上最輕的金屬，把鋰加入金屬鋁中，形成鋁鋰合金，可以降低合金的密度、增加剛度，保持較高的強(qiáng)度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性、適宜的延展性。1957年，英國研制成功含鋰1.1％的X-2020鋁合金，用于美國超聲速攻擊卡幾RA-5C，重量減輕6％：1967年以后，由于冶金技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)含鋰量更大、密度更小、強(qiáng)度更高的鋁鋰合金，目前應(yīng)用在許多先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)和民航飛機(jī)上。
　　后起秀之復(fù)合材料
　　廣義上講，復(fù)合材料指是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。由于各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
　　與金屬材料相比，復(fù)合材料并不是完全“致密”的，總是存在一定的“缺陷”，并且可以作為材料的“初始缺陷”，即在使用時就存在的缺陷。當(dāng)然，金屬材料也存在這種初始缺陷，只是一般比復(fù)合材料的要小。雖然復(fù)合材料的初始缺陷要大，但隨著部件承受的循環(huán)載荷周期的增加，當(dāng)兩種材料都開始出現(xiàn)需要檢查的裂紋時，金屬材料的裂紋會很快擴(kuò)展到產(chǎn)生破壞，并徹底斷裂：而復(fù)合材料由于多層纖維的牽制作用，裂紋擴(kuò)展得較慢，而且可以在承受比金屬材料更多的循環(huán)之后，才產(chǎn)生破壞并斷裂。這表明復(fù)合材料的使用壽命長，而且壽命分散性好(即在發(fā)現(xiàn)裂紋后可以“應(yīng)急”使用一段時間，不用像金屬材料那樣需要迅速更換)。
　　另外，復(fù)合材料具有很強(qiáng)的強(qiáng)度可設(shè)計性，即由于材料層板由不同向的纖維組成，在不同方向上的強(qiáng)度不同，而且在加工時需要一層一層的鋪放纖維帶，可以控制不同部位的材料厚度，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計纖維的排列，即在需要加強(qiáng)的地方多鋪材料，在強(qiáng)度要求較弱的地方鋪放較少的材料。這樣可以減輕部件重量，并引導(dǎo)部件向有利的受力方向扭轉(zhuǎn)(例如制造前掠機(jī)翼)。
　　不過，復(fù)合材料也有它自己的問題，主要是耐沖擊性能不好、宜機(jī)加工性能差等。通常復(fù)合材料是用纖維一層一層鋪出來的，然后用樹脂填充，這個特點使其在受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生“分層”缺陷，即原來粘在一起纖維和基體產(chǎn)生了分離，而且這種缺陷往往不會體現(xiàn)在表面，而是隱藏于材料內(nèi)部。根據(jù)美國空軍的規(guī)定，飛機(jī)的復(fù)合材料表面受到的外部沖擊能量上限為136焦，約相當(dāng)11千克的物體從1.2米的高度下落所產(chǎn)生的沖擊。
　　除了樹脂基增強(qiáng)的復(fù)合材料以外，還有其他種類的復(fù)合材料，可以起到不同的作用。例如以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在500℃時仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦基復(fù)合，不但使材料的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)1500℃，比一般高溫合金渦輪葉片的使用溫度(1100℃)高得多。碳纖維增強(qiáng)碳基、石墨纖維增強(qiáng)碳基或石墨纖維增強(qiáng)石墨基復(fù)合材料，可構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆