式中,，σ為材料強(qiáng)度，E為材料彈性模量,，ρ為材料密度,。飛行器除了受靜載荷的作用外還要經(jīng)受由于起飛和降落、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng),、轉(zhuǎn)動(dòng)件的高速旋轉(zhuǎn),、機(jī)動(dòng)飛行和突風(fēng)等因素產(chǎn)生的交變載荷，因此材料的疲勞性能也受到人們極大的重視,。
[1] 2．優(yōu)良的耐高低溫性能
飛行器所經(jīng)受的高溫環(huán)境是由空氣動(dòng)力加熱,、發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庖约疤罩刑?yáng)的輻照造成的。航空器長(zhǎng)時(shí)間在空氣中飛行,，有的飛行速度高達(dá)3倍音速,，所使用的高溫材料要具有良好的高溫持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度,、熱疲勞強(qiáng)度,，在空氣和腐蝕介質(zhì)中要有高的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能,，并應(yīng)具有在高溫下長(zhǎng)期工作的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟冗_(dá)30000C以上,，噴射速度可達(dá)十余個(gè)馬赫數(shù)，而且固體火箭燃?xì)庵羞€夾雜有固體粒子,，彈道頭部在進(jìn)入大氣層時(shí)速度高達(dá)20個(gè)馬赫數(shù)以上,，溫度高達(dá)上萬(wàn)攝氏度，有時(shí)還會(huì)受到粒子云的侵蝕,，因此在航空技術(shù)領(lǐng)域中所涉及的高溫環(huán)境往往同時(shí)包括高溫高速氣流和粒子的沖刷,。在這種條件下需要利用材料所具有的熔解熱、蒸發(fā)熱,、升華熱,、分解熱、化合熱以及高溫黏性等物理性能來(lái)設(shè)計(jì)高溫耐燒蝕材料和發(fā)汗冷卻材料以滿(mǎn)足高溫環(huán)境的要求,。太陽(yáng)輻照會(huì)造成在外層空間運(yùn)行的衛(wèi)星和飛船表面溫度的交變，一般采用溫控涂層和隔熱材料來(lái)解決,。低溫環(huán)境的形成來(lái)自大自然和低溫推進(jìn)劑,。飛機(jī)在同溫層以亞音速飛行時(shí)表面溫度會(huì)降到-50C左右，極圈以?xún)?nèi)各地域的嚴(yán)冬會(huì)使機(jī)場(chǎng)環(huán)境溫度下降到-40C以下,，在這種環(huán)境下要求金屬構(gòu)件或橡膠輪胎不產(chǎn)生脆化現(xiàn)象,。液體火箭使用液氧（沸點(diǎn)為-183℃）和液氫（沸點(diǎn)為-253℃）作推進(jìn)劑，這為材料提出了更嚴(yán)峻的環(huán)境條件,。部分金屬材料和絕大多數(shù)高分子材料在這種條件下都會(huì)變脆,。通過(guò)發(fā)展或選擇合適的材料，如純鋁和鋁合金,、鈦合金,、低溫鋼、聚四氟乙烯,、聚酰亞胺和全氟聚醚等,，才能解決超低溫下結(jié)構(gòu)承受載荷的能力和密封等問(wèn)題。
[1] 3．耐老化和耐腐蝕
各種介質(zhì)和大氣環(huán)境對(duì)材料的作用表現(xiàn)為腐蝕和老化,。航空航天材料接觸的介質(zhì)是飛機(jī)用燃料（如汽油,、煤油）、火箭用推進(jìn)劑（如濃硝酸,、肼類(lèi)）和各種潤(rùn)滑劑,、液壓油等。其中多數(shù)對(duì)金屬和非金屬材料都有強(qiáng)烈的腐蝕作用或溶脹作用,。在大氣中受太陽(yáng)的輻照,、風(fēng)雨的侵蝕以及地下潮濕環(huán)境中長(zhǎng)期貯存時(shí)產(chǎn)生的霉菌會(huì)加速高分子材料的老化過(guò)程,。耐腐蝕性能、抗老化性能,、抗霉菌性能是航空航天材料應(yīng)該具備的良好特性,。
[1] 4．適應(yīng)空間環(huán)境
空問(wèn)環(huán)境對(duì)材料的作用主要表現(xiàn)為高真空（1.33×10-oPa）和宇宙射線(xiàn)輻照的影響。金屬材料在高真空下互相接觸時(shí),，由于表面被高真空環(huán)境所凈化而加速了分子擴(kuò)散過(guò)程,，出現(xiàn)“冷焊"現(xiàn)象；非金屬材料在高真空和宇宙射線(xiàn)輻照下會(huì)加速揮發(fā)和老化,，有時(shí)這種現(xiàn)象會(huì)使光學(xué)鏡頭因揮發(fā)物沉積而被污染,，密封結(jié)構(gòu)因老化而失效。航天材料一般是通過(guò)地面模擬試驗(yàn)來(lái)選擇和發(fā)展的,，以求適應(yīng)于空間環(huán)境,。
[1] 5．壽命和安全
為了減輕飛行器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，選取盡可能小的安全余量而達(dá)到絕對(duì)可靠的安全壽命,，被認(rèn)為是飛行器設(shè)計(jì)的奮斗目標(biāo),。對(duì)于或運(yùn)載火箭等短時(shí)間一次使用的飛行器，人們力求把材料性能發(fā)揮到極限程度,。為了充分利用材料強(qiáng)度并保證安全,，對(duì)于金屬材料已經(jīng)使用“損傷容限設(shè)計(jì)原則"。這就要求材料不但具有高的比強(qiáng)度,，而且還要有高的斷裂韌性,。在模擬使用的條件下測(cè)定出材料的裂紋起始?jí)勖土鸭y的擴(kuò)展速率等數(shù)據(jù)，并計(jì)算出允許的裂紋長(zhǎng)度和相應(yīng)的壽命,，以此作為設(shè)計(jì),、生產(chǎn)和使用的重要依據(jù)。對(duì)于有機(jī)非金屬材料則要求進(jìn)行自然老化和人工加速老化試驗(yàn),，確定其壽命的保險(xiǎn)期,。復(fù)合材料的破損模式、壽命和安全也是一項(xiàng)重要的研究課題,。
[1] 航空材料是研制生產(chǎn)航空產(chǎn)品的物質(zhì)保障,，與航空技術(shù)關(guān)系極為密切，具有以下特殊性,。
1．輕質(zhì)高強(qiáng),、高溫耐蝕
航空產(chǎn)品特殊的工作環(huán)境對(duì)航空材料提出“輕質(zhì)高強(qiáng)、高溫耐蝕"的特殊要求,。航空工業(yè)有一句口號(hào)叫做“為每一克減重而奮斗",，反映了減重對(duì)于航空產(chǎn)品的重大經(jīng)濟(jì)意義。而且材料減重對(duì)飛機(jī)減重的貢獻(xiàn)也越來(lái)越大,，所以輕質(zhì)高強(qiáng)是航空材料必須滿(mǎn)足的首要性能要求,?！案邷啬臀g"的“高溫"是指航空材料要能耐受較高的工作溫度。對(duì)于機(jī)身材料,，氣動(dòng)力加熱效應(yīng)使機(jī)身表面溫度升高,，需要結(jié)構(gòu)材料具有好的高溫強(qiáng)度；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)材料,，要求渦輪盤(pán)和渦輪葉片材料要有好的高溫強(qiáng)度和耐高溫腐蝕性能,。“耐蝕"是指航空材料要有優(yōu)良的抗腐蝕,，主要是指抗應(yīng)力腐蝕,、腐蝕疲勞的能力。
[1] 2．高的質(zhì)量要求
航空器是技術(shù)密集,、高集成度的復(fù)雜產(chǎn)品,，只有采用質(zhì)地優(yōu)良的航空材料才能制造出安全可靠、性能優(yōu)良的飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī),。航空產(chǎn)品的多樣性和小批量生產(chǎn),，導(dǎo)致了航空材料研制和生產(chǎn)上的多品種、多規(guī)格,、小批量,、技術(shù)質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。
[1] 3．低成本航空材料
新型號(hào)的先進(jìn)飛機(jī)價(jià)格不斷攀升,，航空技術(shù)的國(guó)家和地區(qū)都先后對(duì)航空產(chǎn)品提出了“買(mǎi)得起"的要求。而材料在航空產(chǎn)品的成本和價(jià)格構(gòu)成中占有相當(dāng)份額,，所以科學(xué)地選材和努力發(fā)展低成本材料技術(shù)是航空材料發(fā)展的重要方向,。
[1] 1. 高性能
高性能是指輕質(zhì)、高強(qiáng)度,、高模量,、高韌性、耐高溫,、耐低溫,，抗氧化、耐腐蝕等,。材料的高性性能對(duì)減輕飛行器結(jié)構(gòu)質(zhì)量和提高結(jié)構(gòu)效率,、提高服役可靠性及延長(zhǎng)使用壽命極為重要，是航空航天材料研究不斷追求的目標(biāo),。
2. 高功能及多功能
材料在光,、電、聲,、熱,、磁方面的特殊功能是支撐某些關(guān)鍵技術(shù)以提高飛行器機(jī)動(dòng)性能和突防能力的重要保證,。如以紅外材料為基礎(chǔ)的光電成像夜視技術(shù)能增強(qiáng)坦克、裝甲車(chē),、飛機(jī),、軍艦及步兵的夜戰(zhàn)能力，紅外成像制導(dǎo)技術(shù)可大大提高的和抗干擾能力,，以新型固體激光材料為基礎(chǔ)的激光測(cè)距和火控系統(tǒng)等可使靈活作戰(zhàn)能力大大加強(qiáng),。
[1] 3. 復(fù)合化
復(fù)合化已成為新材料的屯要發(fā)展趨勢(shì)之一。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出,，航空復(fù)合材料未來(lái)20~30年將迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)期,，甚至引發(fā)航空產(chǎn)業(yè)鏈的革命性變革，包括設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)知識(shí)的更新,，航空產(chǎn)品供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略性改變,，新型復(fù)合材料技術(shù)不斷出現(xiàn)（如混雜復(fù)合技術(shù)、源于自然界中珍珠貝殼結(jié)構(gòu)后發(fā)的仿生復(fù)合技術(shù)）,，以及對(duì)航空維修業(yè)提出的挑戰(zhàn),。復(fù)合材料可以明顯減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量和提高結(jié)構(gòu)效率。國(guó)外衛(wèi)星,、戰(zhàn)略及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料幾乎已經(jīng)復(fù)合材料化,。
[1] 4. 智能化
智能化是航空航天材料重要發(fā)展趨勢(shì)之一。智能復(fù)合材料將復(fù)合材料技術(shù)與現(xiàn)代傳感技術(shù),、信息處理技術(shù)和功能驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成于一體,，將感知單元（傳感器）、信息處理單元（微處理器）與執(zhí)行單元（功能驅(qū)動(dòng)器）聯(lián)成一個(gè)回路,，通過(guò)埋置在復(fù)合材料內(nèi)部不同部位的傳感器感知內(nèi)外環(huán)境和受力狀態(tài)的變化,，并將感知到的變化信息通過(guò)微處理器進(jìn)行處理并做出判斷，向功能驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令信號(hào),；而功能驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)指令信號(hào)的性質(zhì)和大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié),，使構(gòu)件適應(yīng)有關(guān)變化。整個(gè)過(guò)程*自動(dòng)化,，從而實(shí)現(xiàn)自檢測(cè),、自診斷、自調(diào)節(jié),、自恢復(fù),、自保護(hù)等多種特殊功能。智能復(fù)合材料是傳感技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)交叉融合的產(chǎn)物,，存在許多領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，例如飛機(jī)的智能蒙皮與自適應(yīng)機(jī)翼就是由智能復(fù)合材料構(gòu)成的一種的智能結(jié)構(gòu)。
[1] 5. 低成本
航空航天村料從過(guò)去中純追求高性能發(fā)展到今天綜合考慮性能與價(jià)格的平衡,，低成本化貫穿材料,、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造,、檢測(cè)評(píng)價(jià)以及維護(hù)維修等全過(guò)程,。對(duì)碳纖維復(fù)合材料而言，其制造成本在整個(gè)成本中占有相當(dāng)大的比例,；因此,，對(duì)其低成本制造技術(shù)應(yīng)投入足夠關(guān)注。各種低成本制造技術(shù)發(fā)展很快,，尤其是以樹(shù)脂傳遞成型(RTM)為代表的液體成型技術(shù)和以大型復(fù)雜構(gòu)件的共固化/共膠接為代表的整體化成型技術(shù)等均得到了很大的發(fā)展,。航空航天材料的低成本是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。材料的低成本目標(biāo)包括原材料,、制備加工,、監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)和維修等全過(guò)程。
[1] 6．高環(huán)境相容性
航空航天飛行器所用的材料及其制備,、加工和回收,，必須具有高度的環(huán)境相容性，無(wú)污染,，易回收,。
7．材料的計(jì)算設(shè)計(jì)和模擬仿真
航空航天技術(shù)日新月異地發(fā)展，飛行器關(guān)鍵零部件的工況和環(huán)境條件更加苛刻,，為適應(yīng)材料科學(xué)的創(chuàng)新,，發(fā)展了材料的計(jì)算設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬技術(shù)。
