小朋友們，今天我們來討論一個有趣的話題：飛機是用什么材料制造的？

首先，我們需要知道飛機的基本構(gòu)造。就像我們?nèi)梭w一樣，飛機需要一個機體，也叫機身。機體有一個結(jié)構(gòu)，就像人體的骨骼，也像蓋房子時搭建的柱子和梁。結(jié)構(gòu)外面還要蒙上一層特殊的材料，就像人體的皮膚，我們把它叫作“蒙皮”。結(jié)構(gòu)和蒙皮這兩部分合起來，便組成一架飛機的機體。

飛機機體既要能承重，又要足夠輕。這兩個要求，主要是通過采用適當(dāng)?shù)牟牧蟻韺崿F(xiàn)的。在人類發(fā)明飛機以來的121年里，不同時期的航空工程師通過選擇不同的材料來制造飛機機體，以達(dá)到“能承重”和“足夠輕”這兩個要求。就機體制造而言，大體可以劃分為“木頭時代”“金屬時代”“先進(jìn)金屬時代”和“復(fù)合材料時代”。

1903年，美國的萊特兄弟發(fā)明了飛機；1909年，中國的馮如也造出了飛機。

那個時代能夠用于制造飛機的材料很少，他們不約而同地選用了木頭和帆布，用木頭做結(jié)構(gòu)，用帆布做蒙皮。這是因為木頭容易獲取，自身重量較輕，具有一定的韌性，符合制造機體結(jié)構(gòu)的要求。從1903年開始的十幾年，是飛機制造的“木頭時代”。

后來，材料技術(shù)不斷進(jìn)步，航空工程師可選的材料越來越多，也越來越好。特別是鋁材，既輕又結(jié)實，還很容易加工，給飛機設(shè)計師提供了新的選擇。先是出現(xiàn)了部分采用金屬材料的飛機，后來又出現(xiàn)了機體全部用金屬材料制造的飛機。1915年，德國一位叫容克斯的飛機設(shè)計師研制出了人類歷史上第一架全金屬飛機。從此，飛機制造進(jìn)入了“金屬時代”。

直到今天，鋁材仍然被廣泛用于飛機制造。人們有時把飛機叫“銀鷹”或“銀燕”，這與飛機機體采用亮閃閃的鋁合金材料有關(guān)系。

再后來，金屬材料越來越多，性能越來越好。有一種叫鈦的金屬材料的性能尤其突出。用鈦制成的合金比鋼材輕，卻比大部分鋼材強度大，而且耐腐蝕、耐高溫。飛機上越來越多地采用鈦合金及合金鋼等材料，“先進(jìn)金屬時代”由此開始。

最近這一二十年，又出現(xiàn)了一種新型材料，叫復(fù)合材料，就是用特殊方法把幾種不同的材料黏結(jié)在一起，使它們成為一種又好又輕的新材料。現(xiàn)在，飛機制造時大量采用復(fù)合材料，有些小飛機、直升機甚至整體都是用復(fù)合材料制造的。由于復(fù)合材料性能特殊，飛機的結(jié)構(gòu)用，蒙皮也用，有時結(jié)構(gòu)和蒙皮變成了一個整體。這就是現(xiàn)在正在發(fā)展的“復(fù)合材料時代”。

需要向小朋友們說明的一點是，上面說的飛機材料的進(jìn)步是就發(fā)展的主線而言的。實際上，不同的飛機和飛機的不同部位往往根據(jù)性能要求和成本選用不同的材料。

就以我國近年投入使用的大型客機C919為例，它的機體結(jié)構(gòu)就同時采用了3種材料，其中復(fù)合材料占26.2%，鈦合金材料占7.3%，其余為鋁合金材料。

在航空發(fā)展道路上，人們愛說“一代飛機，一代材料”，這是指新飛機不斷向材料提出新要求，促使材料技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。人們也愛說“一代材料，一代飛機”，這是說先進(jìn)材料使飛機性能越來越好。

小朋友們，飛機的發(fā)展需要更多更好的新材料，希望未來你們能通過不斷的探索與研究來發(fā)現(xiàn)這些更先進(jìn)的材料，改變我們的生活，讓我們的世界變得更好。

作者簡介

張聚恩，現(xiàn)任中國科協(xié)航空科學(xué)傳播首席專家、中國航空學(xué)會名譽副理事長。他1964年考入北京航空學(xué)院（今北京航空航天大學(xué)），從事航空研究超過半個世紀(jì)，是一位喜歡和孩子們交朋友、聊科學(xué)的“航空爺爺”。