航空材料：沉重的“肉身”？-中国民航网

　　2012年新年伊始，刚刚才消停一阵的空客A380再次成为人们茶余饭后的谈资。但这一次，将“空中巨无霸”推到风口浪尖的并不是中国第二架空客A380飞机的到来，而是一条不折不扣的负面消息。据国外媒体报道，从1月初开始，陆续有数架空客A380飞机在检查中发现机翼翼肋与蒙皮间的连接件存在细微裂缝，因此欧洲航空安全局（EASA）要求航空公司对起降次数在1800次以上的空客A380客机进行紧急检查。

　　钢筋铁骨的飞机为什么会出现裂缝？会对飞行安全造成影响吗？问题的答案可能有很多，但相信无论是哪位专家的高见，航空材料之于飞行的重要作用都会毫无疑问地成为其中的主要内容。实际上，正是由于航空材料的不断创新，才造就了一代又一代新飞机的诞生，才成就了如今民航运输业整体安全水平的大幅提高。

　　“巨无霸”与小裂纹

　　航空材料须承受安全之重

　　在不久前的一份声明中，空客公司承认选材不当和设计缺陷是导致空客A380机翼内部零件出现裂纹的主要原因，并且一再强调这些裂纹无碍飞行安全，可以通过例行检修得以解决。但显然部分公众对此并不买账，澳大利亚一些飞机工程师日前就联合呼吁立即停飞所有空客A380飞机。

　　北京航空航天大学飞机设计专家黄俊基本赞同空客公司对于裂纹产生原因的说法。“机翼内部零件出现裂纹的原因可能包括设计、加工、选材、安装等几个方面，材料选择不当或材料的缺陷可能是其中的重要原因。另外，安装零件时如果螺钉拧得过紧也可能产生预应力，从而造成类似故障的发生。”黄俊在接受国内一家媒体采访时说。

　　据空客公司介绍，此次显现裂纹的零件是空客A380飞机机翼内部的大约4000个L形铝合金支架，它不属于结构承力件，而且裂纹不是金属疲劳引发的，对飞行安全不会构成任何影响。对此，有许多航空专家并不完全赞同。他们认为，虽然该支架不属于结构承力件，但如果出现大量支架开裂，就会对飞行安全产生较大影响，即使是少量开裂也会影响机翼的整体刚性和紧固性，从而带来安全隐患。

　　有业内人士建议，空客公司应该尽快为出现问题的空客A380飞机更换零件，将原有的铝合金材料更换成能够承受更大压力的材料，而不是拖到4年一度的检修期时才来维修。

　　众所周知，空客A380飞机是目前世界上最大的飞机，相比之下，零件上的几丝裂纹从体积上来看确实显得十分渺小。但是，作为飞行安全的基础，航空材料本身容不得哪怕一丝裂纹，不仅在空客A380飞机身上如此，从古至今的所有飞机均是如此。

　　奇妙的双螺旋

　　“一代材料，一代飞机”

　　说起飞机与材料，有航空专家认为，它们的关系很像DNA式的双螺旋，呈现出交替“攀比”的螺旋上升状态。飞机性能的提升对航空材料提出了日新月异的需求，航空材料的不断突破又成为一代又一代新飞机诞生的催化剂。

　　在1903年首架飞机问世之后的10余年间，受科技发展水平的限制，当时的飞机设计准则主要是按静强度设计，即飞机材料只要能够承载飞行中的静载荷便可。在这段时间内，飞机材料主要为木材和帆布，除了个别连接件和发动机外，几乎没有什么金属材料，这一点从莱特兄弟的“飞行者1号”身上可以清晰看出。

　　1920年~1949年，为了提高飞行安全水平，在飞机设计中开始逐渐融入安全寿命设计准则，飞机也过渡到以铝合金和钢材为主的全金属飞机。自上世纪50年代开始，飞机飞行速度越来越快。为了保证安全，飞机设计准则从安全寿命准则转向破损安全准则，一些飞机开始采用高强度、高韧性材料，比如钛合金。另外，在这一时期，金属疲劳问题逐步涌现并且越来越被航空业所关注，普通的铝合金瞬间由航空材料“老大”变为一些空难的“罪魁祸首”，升级后的具有抗疲劳性能的铝合金材料随之大受青睐，并且沿用至今。

　　20世纪末期，复合材料凭借重量较轻、抗疲劳性好等诸多优点登上历史舞台，在军用领域得到广泛应用。进入21世纪，复合材料也开始逐步被应用到民用领域并且得到迅速发展。在目前的一些先进民用飞机上，复合材料的结构重量百分比甚至超过了50%。有业内人士认为，航空复合材料的时代已经到来。

　　历史表明，航空材料的选择不仅会直接影响到飞机的性能，还会对飞机的可靠性、耐用程度和寿命等关乎飞行安全的因素起到决定性作用。从这个意义上讲，“一代材料，一代飞机”的说法并不为过。

　　“这个杀手有点冷”

　　不得不防的金属疲劳

　　尽管复合材料在现代飞机中的应用越来越广泛，但目前来讲，金属材料尤其是铝合金依然是航空材料的主力军。相应地，金属疲劳问题也从来没有跳出过航空业者的目光。有航空专家指出，由于金属疲劳不易被发现，对于飞行安全来讲，它就好像一个“杀手”，而且“这个杀手有点冷”。

　　2011年4月2日，一架美国西南航空公司波音737-300客机在飞行途中上演惊魂一幕：机舱顶部突然破了一个2平方米的大洞，但飞机随后成功迫降，并无人员伤亡。事后的分析报告指出，这一切都是金属疲劳惹的祸。飞机频繁起降造成的机舱循环加减压会使机身处在一个膨胀、收缩的循环过程中，由于这架飞机机龄较大，机身蒙皮的铝合金材料出现了金属疲劳。

　　“所谓金属疲劳，就是金属材料在经过长期的使用之后，由于重复多次地向其施加载荷，金属内部就会产生细小的裂纹。如果继续施加载荷，裂纹就会继续扩展，在加到一定程度的时候，材料就会被彻底破坏。”北京航空航天大学材料力学专家孟庆春教授解释说。

　　孟庆春告诉记者，因金属疲劳而产生的破坏不同于普通破坏形式。金属材料的裂纹不仅不易被发现，而且在人们通常认为受力不大、不应该有问题的情况下，出现疲劳的金属材料也可能发生破坏。“从字面上讲，就好像司机疲劳驾驶，由于他的反应速度变慢了，一些不起眼的因素也可能酿成交通事故。金属疲劳也是一样的，裂纹起初是一点点扩大，到一定程度之后就会造成承载面积的减小，即使在较小力的作用下，也可能被破坏。”孟庆春说。

　　不过，似乎“隐形”的金属疲劳也不是不可破解的。孟庆春向记者表示，虽然有的裂纹由于在内部，用肉眼很难看到，但现在拥有的无损探伤技术，如超声波检测、X光检测等，都可以在早期就发现金属疲劳的踪迹，再加上对飞机的常规检查和维修保养，我们完全可以将金属疲劳扼杀在萌芽阶段。（夏雨）