飛機與材料

吳云書

本文介紹制造飛機及其發動機所用的材料。火箭的材料將在以后繼續介紹。

人類最早熟知自然界質量比較輕的材料是木料和布匹之類的東西，所以早期的飛機都是由木料、布匹和繩索等制成的。直到1908年，德國維爾姆發現了鋁合金和第一次大戰迫切的需要，木質飛機才很快地發展成為全金屬飛機。也就是將木質構架用鋼管框架代替、布質蒙皮用鋁合金代替，飛機的速度也由每小時幾十公里增加到幾百公里。由此可見，材料的發展可以促進飛機的發展。

當飛機的速度增加到接近聲音的速度時，產生了所謂“音障”問題，帶有螺旋槳的動力裝置，已經不能應用。這時，除了飛機的外形有所改變以外，還需要以噴氣發動機來代替裝有螺旋槳的活塞式發動機。但是，活塞式發動機氣缸的最高工作溫度不超過攝氏300～400度，一般耐熱鋼完全可以勝任；而對推力較大的噴氣發動機來說，燃燒室壁的溫度常常保持在攝氏700度左右，渦輪和渦輪葉片溫度常經在800度以上。可是在二十世紀三十年代，還找不到能耐這樣高的溫度的合金材料。所以，雖然人類早在十九世紀就知道這類發動機的工作原理，卻制造不出噴氣發動機。于是航空發動機設計人員向航空材料工作者提出要求，希望盡快地研究出一種能耐高溫的合金材料。由于希特勒的瘋狂備戰，德國人首先用鐵作主要原料，于1937～1938年制出了能耐攝氏600～700度的鐵基耐熱合金，因而在德國制出了世界上第一臺性能較差的噴氣發動機。……