几经更迭，追求始终如一

从天然材料到金属材料，再到复合材料，几经更迭，机身结构材料的追求始终如一——“其坚如钢，其重如翎”。

其坚如钢，是指具有优异的强度与刚度。更高的材料强度可以赋予机身更优异的抗击打性能和更高的抗过载能力。优异的材料刚度则为机身结构带来更强的抵御变形能力。战机在高速飞行过程中，时刻承受气动载荷。如果抵御气动力变形的能力不够，轻则降低飞机的气动效率，重则会引发不可逆的变形进而导致机毁人亡。

其重如翎，就是指机身材料要具有较低的密度。战机的质量是影响综合性能的主要指标。过大的质量不仅会降低飞行速度、影响空中机动能力，还会缩短航程。机身结构材料在战斗机的质量中占比通常超过40%。因此，在结构材料上减重是增加战斗机综合性能的有效手段。

纵观结构材料的发展历史，做到“其坚如钢”的材料不少，能实现“其重如翎”的也很多，但同时兼具两种性能的结构材料屈指可数。为了便于比较材料“轻质高强”的能力，材料学家发明了“比强度”和“比模量”的概念。比强度是用材料的强度除以材料表现密度。同体积的材料，比强度越高，抗破坏的能力越强。比模量是用材料的弯曲度除以密度。同体积的材料，比模量越高抗变形的能力越强。

从木材到钛合金，机身结构材料经历数十年的发展，其比强度与比模量并未发生质的飞跃。直到复合材料、特别是碳纤维复合材料的出现，机身结构材料水平又上升到一个新高度。碳纤维复合材料的比强度是钛合金的3倍-5倍，比模量是钢材的2倍-3倍。这意味着，同等性能下，机身结构采用碳纤维复合材料相较于钛合金或钢材减重达到50%-80%。复合材料的耐热性能虽不及钢和钛合金，但部分型号也能达到300℃。此外，复合材料还兼具优异的加工性能与良好的耐腐蚀、耐候性能。最为重要的一点是，复合材料具有良好的性能可设计性。通过更换树脂与增强纤维的种类，以及添加不同的功能填料，可获得不同性能特性组合的复合材料。这种性能可设计性赋予了其“结构-功能一体化”的特性。这样一来，复合材料不仅可以具备承载性能，更兼具透波、吸波、隐身等功能特性。

当然，比强度和比模量并非材料学家选取机身结构材料的“唯二”标准。以钢材为例，钢材的比强度、比模量相较于铝合金、钛合金并没有优势。但其绝对强度较高，在对绝对强度与刚度以及服役温度要求较高的部位，诸如飞机防护系统、起落架、主承力框架、高温驻点等仍是无可替代的关键材料。直到今天，先进战机上仍有钢材的身影。