先進材料的強度、韌性及可維修性正在推動下一代飛機及其動力裝置的發(fā)展，目標是獲得長壽命、無修理的結構以及工作溫度更高、油效更高的發(fā)動機。有人說，如果說上世紀90年代可以稱作電子時代，當時廣泛采用先進的飛行管理及安全系統(tǒng)，如EGPWS（增強的近地告警系統(tǒng)）及TCAS II（交通告警及防撞系統(tǒng)），那么21世紀的頭10年將無疑是先進材料年代，這些先進材料包括碳復合材料、鈦、鋁合金及玻璃增強鋁層壓材料。
復合材料在機體上應用的增長已導致鈦及其他特殊金屬成比例的增長，用以代替長期應用的鋁。這是因為鋁與石墨復合材料的電化學性能不同從而引起腐蝕，因此隨著復合材料應用的增長，鈦將變成防腐蝕的優(yōu)選材料。
1.復合材料的市場興旺
航空制造商現(xiàn)在大約采用2.5億千克原材料（根據(jù)E復合材料公司"2004~2010年全球航空工業(yè)用復合材料的機遇"調(diào)查報告）。鋁長期以來是機體及機身的*材料，但這種選擇正在放慢，主要是因為重量、成本及維修性問題。
過去30年，復合材料的應用從波音737及747的小于5%增加到A320的17%，而787將用大約50%，其油效將比類似大小飛機高20%，其部分原因就是由于復合材料的應用。A380預計復合材料每架高于20%。本來根據(jù)復合材料優(yōu)缺點的平衡，在民機上占結構重量的20%為宜，新的發(fā)展趨勢已打破了這一論點。
E復合材料公司估計復合材料在飛機上的應用在2005年到2010年間每年將增加10%，同期材料價值估計大約46億美元。國防工業(yè)與787及A380一樣在預測期也是復合材料需要之源。該公司估計在2005~2010年間，全球?qū)秃喜牧系氖袌鲂枨蟀ɡ走_罩、平尾、垂尾、襟翼、地板及機身。
2.大尺寸復合材料結構浮出水面
大尺寸結構如機身及機翼一向是鋁的地盤，將越來越多被復合材料擠出。EADS公司制造的A400M軍用運輸機將有一復合材料機翼，與787競爭的A350也將采用復合材料機翼。
787將采用世界上*大的復合材料機身。目前已建造了4個開發(fā)型復合材料機身筒體，制造方案據(jù)說已敲定。波音也已制造了機頭段及全尺寸的復合材料機翼盒成形件，以驗證制造技術及保障技術。
787主結構區(qū)用的預浸料正在由日本東麗公司制造，該公司采用聚丙烯腈碳纖維。
波音已將復合材料預浸料（高強度碳纖維及韌化環(huán)氧）用在波音777的尾翼及地板梁之類結構。東麗公司將為787提供復合材料。
不只是美國人干得歡，歐洲也在從事其大規(guī)模復合材料開發(fā)。根據(jù)1240萬美元的FUBACOMP（全尺寸筒體復合材料機身）計劃，一些公司已生產(chǎn)了一個整體的碳纖維前機身段（包括風擋、艙門及窗）。
該結構是根據(jù)達索公司的"隼"的4：5比例由達索及BAE系統(tǒng)公司設計，在BAE系統(tǒng)生產(chǎn)廠內(nèi)制造的。
目前已可用碳纖維、蜂窩、泡沫或碳鑲?cè)爰圃煺w機身結構。
這個4.5m長，2m寬的機身是在英國德貝郡（Derbyshire）的先進復合材料集團公司的先進芯軸上設計制造的。為了實現(xiàn)所需的芯軸性能，在制造后易將零件從芯軸上取下來，芯軸與真空成為一體以便在熱壓罐內(nèi)用真空袋進行壓實，用一擁有專利技術的動態(tài)密封法實現(xiàn)真空。
復合材料結構有一系列優(yōu)點，不僅降低裝配成本，也可使飛機變得更輕，因無金屬件，疲勞問題也少。
現(xiàn)在機身已運到法國圖魯茲進行靜強度、疲勞及鳥撞試驗。
3.新高溫合金涌現(xiàn)
通用電氣、普惠及羅羅公司和斯奈克瑪公司發(fā)現(xiàn)改進的高溫合金在提高冷端及熱端的性能上起著關鍵作用。
特別引人注意的是傳統(tǒng)的718鎳鉻高溫合金的改進型718plus，它是由ATT Allvac 公司生產(chǎn)的。Allvac 718plus是一種時效硬化的鎳基高溫合金，具有高的高溫拉伸及持久性能，在650℃以上具有與Waspaloy合金相同的高溫性能及熱穩(wěn)定性。而成本較低，同時具有718合金的焊接及加工性能。
由于718plus比718耐溫高出55℃，可以用來制造性能更好的動力裝置。
4.鋁合金不斷適應新變化
目前，鋁合金在航空上的衰落被過分夸大了。因787的開發(fā)及A380的首飛對鋁合金制造商是一鼓舞。例如A380的特點是比空客其他飛機用更多的Alcoa公司的鋁產(chǎn)品。為了應付新機的制造需要，Alcoa公司將在今后18個月內(nèi)投資6000萬美元增加大約50%的熱處理薄板及厚板的生產(chǎn)。
Alcoa在2002年啟動了在今后20年內(nèi)將成本及航空零件重量各減少20%的計劃。稱之"Alcoa航空20/20創(chuàng)議"。目標是通過開發(fā)諸如鋁鋰、鋁鎂之類低密度合金及新的連接工藝（如攪動摩擦焊、激光焊及膠結）開發(fā)及應用來實現(xiàn)。
Alcoa公司的戰(zhàn)略集中在縮小鋁合金與復合材料之間的性能差距，并同時改進現(xiàn)有金屬產(chǎn)品的性能。
在機翼設計上，重點放在受拉應力的上蒙皮及受壓應力的下蒙皮，方法是采用具有先進性能的合金，進行選擇性的增強，采用纖維金屬層壓材料再加上局部增強的焊接方法以及整體增強的壁板。
對比分析表明，除了性能改進外，上述措施表明：僅用先進合金可使重量減少5%，
先進合金局部增強時，可減重9%，用層壓的纖維金屬板時，減重可達13%。
目前Alcoa公司已評估幾種機身方案，相信20/20的目標將達到。
*近在空客的A350新機開發(fā)方案中，就將采用Alcoa的一些思想，例如在機身蒙皮中就準備采用第三代鋁鋰合金C47A，并采用攪動摩擦焊。通過設計、材料與工藝的結合來使鋁合金適應新的要求�？湛凸臼挚春娩X合金機身結構的抗損傷能力，認為在這方面優(yōu)于787的復合材料機身。
5.高性能鎂合金仍有生命力
鎂合金是*輕的結構材料，廣泛用于噴氣發(fā)動機及直升機的減速器機匣，近年應用有所減少。但工作溫度可達200℃的含Nd的Elektron 21鎂合金已取得航空材料規(guī)范（AMS4429），并已批準進入新版的MMPDS(以前的Mil-HDBK-5)設計手冊，該手冊2006年初將再版。
研制該合金的英國著名的Magnesium Elektron公司正在開發(fā)新的高強高溫變形鎂合金，叫做Elektron 675，其強度2倍于鋁，重量是鈦的一半。可在100~300℃用于航空及國防產(chǎn)品，十分引人注目，表明鎂合金仍有生命力。
6.鈦合金擴大應用的關鍵是降低成本
近年鈦合金的應用也受新材料競爭的威脅。但仍是航空材料中不可缺少的重要材料。估計在今后5年飛機增長速度達10%，波音787及A380，F(xiàn)-22及F-35等飛機仍是鈦的大的用戶，因鈦是復合材料相匹配的材料。
鈦合金的高比強度及高斷裂韌性使其廣泛用于軍機如F-22、F-35、歐洲戰(zhàn)斗機及"幻影"，鈦合金用量達到結構重量的40%。新的高強鈦合金如Timetal555已選用作飛機框架、緊固件及起落架。
降低鈦合金成本是目前的重點之一，工藝上的改進是主要出路。美國材料學會制訂了新規(guī)范AMS6945，批準Ti-6Al-4V合金只經(jīng)一次熔煉，即采用電子束熔煉，已生產(chǎn)225萬千克產(chǎn)品作軍用。新近美空軍對此工藝進行資助，為將來在航空上的應用打開了門路。今后趨勢是降低鈦的冶煉工藝成本，如采用鈦礦直接還原以及
粉末冶金等。等離子弧熔煉也是一種制造鈦合金航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動件的優(yōu)質(zhì)工藝。還有近無余量的激光逐層制造法也有發(fā)展前途，目前已在F-15及C-17上進行了飛行驗證。
7.新穎的涂層
一種是用納米技術提高零件的耐久性，值得一提的是超韌納米復合材料涂層可以改進航空發(fā)動機零件的耐久性，正在美國空軍實驗室進行開發(fā)，并已發(fā)現(xiàn)了其中的機理：宏觀塑性是由極硬的納米晶/非晶復合材料產(chǎn)生的，是由于大量的納米晶粒在非晶基體中平移1～2nm引起。當其以高加載速率進行大的接觸變形時，產(chǎn)生高的斷裂韌性。實驗室起初開發(fā)了一種新的耐磨材料，由非常硬的3～5nm的碳化物或氧化物鑲?cè)敕蔷У念惤饎偸蓟蚪饘?陶瓷混合物基體，在初步鑒定階段新材料顯示異常的高硬度（超過陶瓷）以及斷裂強度（類似于金屬）。
另一種是用太陽能涂層降低飛機的受熱，值得一提的是，據(jù)英國Qinetiq公司報道，它開發(fā)了一種太陽能反射涂層，可降低飛機表面的溫度。該涂層稱作低太陽負荷（LSL）漆，具有各類軍民用途，可降低飛機、車船的全壽命成本。
試驗已表明LSL與傳統(tǒng)漆相比可降低表面溫度達35%，在熱氣候條件下可望進一步降低。這一技術可以通過減少空調(diào)及隔熱材料來降低重量及成本。LSL外觀為黑色。
