飛機所使用的材料(material),大致可分為金屬材料、非金屬材料與複合材料,任何一種都是質輕、強度夠,或是加工性或耐熱性佳等,這些材料都是隨著飛機設計者對材料的需求,而逐步研發出來的。

一、金屬材料
現在飛機所使用的機身結構材料,大都以金屬材料為主,而其中以鋁合金佔大部份。機身結構中,與發動機所排的高溫燃氣接觸部份或後燃器週邊,則使用鈦合金或不鏽鋼。馬赫數2以上高速飛行時,由於空氣磨擦加熱的關係,使用傳統的鋁合金時其強度會降低,因此在馬赫數2以上的高速飛行時,就必須使用鈦合金或不鏽鋼做為機身結構材料。目前世界最高速的軍用機洛克希德(Lockheed)SR-71偵察機,飛行速度達馬赫3,其機身結構中93%使用鈦合金材料。

(1)鋁合金
鋁合金(Aluminum alloy)比重只有軟鋼的三分之一,因質輕、強度夠故廣泛使用於飛機蒙皮或結構部份;其熔點為攝氏660度(華氏1,220度)。自1910年代以來,研發出各種適合延展及鑄造的航空用合金材料。其中具代表性的是2024系列航空用鋁合金(除鋁為主成份之外,並含銅(Cu)4.5%、錳(Mn)0.6%、鎂(Mg)1.5%)及7075系列航空用鋁合金(除鋁為主成份之外,並含鋅(Zn)5.6%、銅(Cu)1.6%、鎂(Mg)2.5%、鉻(Cr)0.3%)。

這兩種均為張力、拉力甚為優秀高張力航空鋁合金。前者別名為超硬鋁(Super duralumin),後者稱為超超硬鋁(Extra super duralumin)。這些材料使用在飛機蒙皮時,以熱壓接著方式覆蓋上一層薄薄的純鋁鋁片,以增加其耐腐蝕性,此種製造方式稱為Alclad。另外在波音777客機上,使用各種近年來新研發的鋁合金,如7055、7150、C188,使用於機身蒙皮、機艙地板、機身主樑(Keel beam)、機體縱樑、主翼翼樑結構及蒙皮。

(2)鎂合金
鎂合金(Magnesium alloy)比重1.8,只有鋁合金的三分之二,在實用合金中重量最輕,大多使用於控制面上;其加工溫度為攝氏200到350度(華氏400到650度)。因其不需太大荷重但又需適度的材料厚度,然而因缺乏耐腐蝕性,在操作壽命較長的飛機上,只使用於鑄造件、襟翼或發動機齒輪箱的材料上。

(3)鈦合金
鈦合金(Titanium alloy)雖比鋁合金重1.6倍,但拉張力強度為其2倍,與特殊鋼材相近,耐腐蝕性與耐熱性優;其熔點在攝氏1,663度(華氏3,035度)。但其原料昂貴、不易加工,最初只少量使用於飛機的高溫部位,如北美(North American)F-100戰機於接近發動機噴嘴處的機身後段蒙皮。近年因鈦合金加工方式進步發展,以逐步增加使用率於重要結構部份及接合螺栓、機艙地板上。波音747-400為減少其機身體積增加候的重量,採用部份鈦合金來取代鋼材,運用的相當成功。

(4)低合金鋼
碳鋼是鋼材除碳元素以外,再添加少量金屬元素(8%以下)而增加其強韌性的鋼材,故稱為低合金鋼(Low alloy steel)。也稱為高張力鋼,用於航空上的有以下兩種:
a.鉻鋼
代表性鉻鋼(Chromium molybdenum steel)有AISI4130(美國鋼鐵規範),用於螺栓、扣件、起落架、發動機零件上。
b.鎳鉻鋼
鎳鉻鋼(Nickel chromium molybdenum steel)與鉻鋼都被採用做為飛機材料,其中AISI4340最具代表性,特性為強韌、高強度又可調整,在現今航空材料當中屬於材質強度最大的一種。因此在需要高強度的起落架、大型零件、發動機組件中多使用之。

(5)不鏽鋼
不鏽鋼(Stainless steel)是含多量鉻(11%以上)之鋼材之總稱。是一種不只耐腐蝕、高強度且高低溫特性優良的航空材料。最近被廣泛使用的不鏽鋼材中是15-5PH,耐腐蝕及耐金屬疲勞特性優,不只用來替代17-7PH,也廣泛作為低合金鋼的代用品。

(6)耐熱合金
耐熱合金(Heat resisting alloy)是耐溫超過攝氏650度以上,耐腐蝕及在高溫強度相當優秀合金的總稱。亦稱為超合金。噴射發動機渦輪進氣溫度越高,其效率與推力比越好,因此耐熱合金主要用於噴射發動機的燃燒室、高低壓渦輪、噴嘴。可說現在噴射發動機能有今日的進步,是拜耐熱合金開發所賜。現今所使用的有鎳基與鈷基耐熱合金,可耐高溫達攝氏1,200度左右。早期的波音747-200所使用的普惠(P&W)JT-9D發動機中,與燃燒室相關部份使用Inconel系鎳基合金合金,與高低壓渦輪相關部份使用Inconel系鎳基與鈷基耐熱合金。
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