一個多世紀(jì)以前，大概在1903年的12月，萊特兄弟第一次載人飛行在北卡羅來納州的基蒂霍克市進(jìn)行。這是第一架動力驅(qū)動、可控制且重于空氣的飛機(jī)。其核心部件用木材、金屬絲和織物建造。也是從那時起，人們關(guān)注到飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的重要性，在材料上的研究逐步取得重大進(jìn)步。

　　

　　萊特兄弟的時代

　　

　　萊特飛行器由各種類型的木材、金屬絲和不同密度的織物所制造。萊特兄弟用云杉做機(jī)翼直的部分，如翼梁。白蠟?zāi)居糜谇?，包括機(jī)翼的肋骨。木制框架上覆蓋著一層精細(xì)編織的棉布，用石蠟基帆布漆密封。機(jī)體上的金屬配件是鋼制的。

　　

　　上下翼板采用了平紋棉布。機(jī)翼的前緣用熱封編織固定住金屬絲。機(jī)翼肋在多個位置突出，便于系在金屬絲上。

　　

　

　　

　　為了給飛機(jī)提供動力，二人設(shè)計了一臺12馬力的輕型汽油發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)重約82公斤，油箱為3.78升。發(fā)動機(jī)的核心由堅硬的鋁鐵框架、鑄鐵活塞和輪鏈驅(qū)動，火花點(diǎn)由鉑構(gòu)成，其余部分由鋼和鑄鐵制成。

　　

　　現(xiàn)代的機(jī)身

　　

　　在20世紀(jì)中期，航空制造商改進(jìn)了機(jī)身設(shè)計，將速度和安全性結(jié)合起來。早期設(shè)計的重大進(jìn)步使飛機(jī)得以飛得又快又高。福特Tri-Motor，第一架客機(jī)，是用鋁制造的。鋁是一種堅固而輕便的材料，兼具安全性和強(qiáng)度。更多完全由鋁制成的圓形機(jī)身開始出現(xiàn)。機(jī)翼由左、右和中間部分組成，使用各種金屬制造，并用螺栓連接在一起。

　　

　　副翼、方向舵、襟翼和升降舵等控制面由鋁合金框架制成。在一些飛機(jī)上，如道格拉斯的DC-3，控制面被織物覆蓋。生產(chǎn)工藝和設(shè)備限制了機(jī)翼層流所需的表面平滑度。機(jī)翼上方的紊流會導(dǎo)致升力中斷和阻力增加。

　　

　　制造商通過在設(shè)計中加入各種金屬合金來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。包括鋼和鈦的其他金屬開始被大量使用，應(yīng)用于更加現(xiàn)代的噴氣客機(jī)結(jié)構(gòu)。波音747主要結(jié)構(gòu)是用鋁合金制造的，另外大量部件也是用其他金屬和合金制造的。

　　

　　

　　

　　這些金屬耐熱、耐腐蝕，為機(jī)體提供了巨大的強(qiáng)度支持。通過完善設(shè)計的加持，制造商確保即使部分失效也不會發(fā)生結(jié)構(gòu)的完全失效。如果機(jī)體的某一特定部位因疲勞而斷裂，機(jī)體的應(yīng)力蒙皮將防止結(jié)構(gòu)的整體失效。

　　

　　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

　　

　　在20世紀(jì)70年代早期，法國和德國在新成立的空客公司開始了一個全新的項目：空中客車A300。這架飛機(jī)的設(shè)計為兩艙結(jié)構(gòu)，可搭載250名乘客，飛行距離為5,375公里。雖然主要依然使用金屬和金屬合金制造，但它是第一架使用復(fù)合材料的商用飛機(jī)。A300的垂直穩(wěn)定器采用了特殊的復(fù)合材料。

　　

　　

　　

　　加工技術(shù)和精度的進(jìn)步使機(jī)翼表面更加光滑，從而允許層流更加順暢。持續(xù)的層流在較大的機(jī)翼面積上最小化了總機(jī)翼阻力。機(jī)翼前緣的材料組合（金屬合金和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）在不同飛行狀態(tài)下均表現(xiàn)不俗。

　　

　　在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件上使用輕質(zhì)復(fù)合材料，使最近的飛機(jī)具有超高的燃油效率。波音787夢想飛機(jī)和空客A350 XWB飛機(jī)的50%以上的結(jié)構(gòu)都采用了輕質(zhì)復(fù)合材料。

　　

　　碳纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料的強(qiáng)度超過了許多傳統(tǒng)金屬，包括鋁和鐵。此外，CFRP復(fù)合材料比鋁輕得多，耐腐蝕性大大提高。CFRP是通過對原碳纖維進(jìn)行受控?zé)崽幚矶圃斓?。單?dú)的線被捆綁在一起形成纖維基質(zhì)，然后用樹脂硬化。高質(zhì)量的復(fù)合材料與精確成型的纖維片被用來達(dá)到所需的剛性水平。

　　

　　大量使用輕質(zhì)材料有助于減少當(dāng)今飛機(jī)的凈燃油消耗。較輕的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的鋁結(jié)構(gòu)攜帶更多的有效載荷更遠(yuǎn)。陶瓷基復(fù)合材料也被設(shè)想為金屬合金的輕量化替代品，其密度接近材料的三分之一，但具有優(yōu)越的物理和熱性能。飛機(jī)在高溫應(yīng)用中使用陶瓷基復(fù)合材料，包括在發(fā)動機(jī)部件中的使用。

　　

　　

　　

　　陶瓷基復(fù)合材料包括嵌入陶瓷基質(zhì)中的陶瓷纖維的組合。從碳-碳到碳-碳化硅和鋁，陶瓷基復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用采取各種形式。在陶瓷基復(fù)合材料制造過程中，纖維在被基體材料浸潤之前以所需的形狀或形式堆積。沉積基體材料后，進(jìn)行必要的加工。進(jìn)一步的處理，如涂層或浸漬，可根據(jù)材料要求進(jìn)行。

　　

　　燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中使用的陶瓷基復(fù)合材料通常由碳化硅、陶瓷纖維和陶瓷樹脂制成。這些都是通過復(fù)雜的滲透工藝制造的，并通過涂層進(jìn)一步增強(qiáng)。這種陶瓷基復(fù)合材料提供非常高的抗熱震性和沖擊韌性。