二战苏联航空材料的发展

二战苏联航空材料的发展

1在沙俄时期，俄国大概有15个工厂从事飞机生产与修理，这些工厂主要分布在莫斯科、彼得堡、辛菲罗波尔、敖德萨、里加等地，总职工人数近1万人。此时，俄国主要飞机都来源于西方，航空材料也不例外，主要使用从德国等国进口的白银松，此外，精制蒙布、碳钢张带半成品、型材也从其他国家进口。（笔者注：事实上俄国自身拥有取之不尽分布在西伯利亚的适合航空用松木材，可惜当时ZF过于依赖外国）

十月革Ｍ胜利后，年轻的苏维埃共和国首要任务就是保卫和巩固革Ｍ成果，而建立和发展生产飞机和发动机用的优质材料工业，就成为了一项迫在眉睫的课题。

1918年12月，苏联组建了中央流体力学研究院，H.E.茹科夫斯基被任命为第一任领导人。可惜这位天才仅3年后就不幸逝世（为了表彰他的功绩，苏联政Ｆ后来将1920年成立的红色空军工程学院命名H.E.茹科夫斯基空军工程学院），随后由其战友与学生C.A.恰普雷金接任。

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注：苏联空气动力学

苏联这门学科由俄国两位科学家所开创，分别是H.E.茹科夫斯基（1847-1921，全名尼古拉-叶戈罗维奇-茹科夫斯基。1906年，茹科夫斯基发表了著名的升力定理，该定理确定了机翼升力与速度环量值的关系，揭示了气动升力的涡流特性，这条定理依旧是理论空气动力学的基础之一）和C.A.恰普雷金（1869-1942，全名谢尔盖-阿列克谢叶维奇-恰普雷金。1910年，做出了飞机运动的理论研究报告，首次尝试将涡流理论运用于有限翼展机翼；1913年又研究出从翼尖分离的涡流的解法。）

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1922年5月8日，中央流体力学研究院决定组建材料试验部，并确定了发展航空材料学的新的科学方向。在该部成立初期，没有试验基地，不得不借用莫斯科高等技术学校的机械实验室开始了航空材料的实验工作。

当时飞机制.造主要结构材料还是木材，因此，根据苏联國Ｍ经济最高委员会军工总局所属材料试验部的倡议，成立了航空木材部际联合委员会。

委员会成立后的第一个工作就是解决原材料的进口问题。经过试验和论证认为，苏联的木材资源无论是原木还是成品的胶合板，都足以供本国广泛使用。材料试验部负责研究木材的物理机械性能及其在各种结构中的应用条件，并负责制定加工工艺程序。

对于飞机木质构架蒙布性能的研究和用作蒙布涂层已形成正常拉力的航空油漆的研究，都给予了极大的关注。当时通过研究发现，连接结构件用的动物胶不能保证可靠地胶合，胶接接缝成了薄弱部位，在大气作用下结构强度显著降低。

在对其他一些没有动物胶缺点的胶合材料研究方面，发现了可以用酪朊胶代替动物胶，酪朊胶在飞机长期使用过程中对大气作用更加稳定，而且还可以保证胶合可靠。

材料试验部另一重要工作就是研究了金属材料-钢及铝合金在飞机上的应用。

1906年，德国科学家A.威尔姆研制出了铝合金，从而向飞机设计师们提供了一种更符合航空技术要求的坚固的轻金属。

根据威尔姆的理论，添加4%的铜、0.5%的镁和0.5%的锰的铝合金急冷（500度淬火）后，在室温放置4-5昼夜，其硬度和强度均有所增加，但不损失塑性。

这种铝合金最终由德国迪伦市（Düren）的迪伦冶金厂试制成功，后来就按该城市将这种材料命名为“杜拉铝”。与原先普通纯铝相比，杜拉铝的抗拉强度达到36-38公斤/平方毫米，是原先的4-5倍。

为此，1922年中央流体力学研究院成了了一个“全金属结构飞机制.造委员会”，所属成员有图波列夫、西多林、奥泽罗夫和波戈斯基等人，这个委员会主要任务就是在苏联国内组织生产对

飞机制.造有发展前途的铝合金材料。

同年，苏联在布塔洛夫领导的科利丘根司机有色金属厂试制成功苏联的国产铝合金，定名为“科利丘根铝”，其性能与德国的“杜拉铝”基本接近。该年底，开始试生产这种合金的板材、带材、棒材和丝材。彼得格勒的“红色选民”工厂承担铝合金管材的生产，而位于莫斯科的国防航空化学建设协会的工厂则负责制定板材生产工艺程序。

在最初的几年，苏联的铝合金半成品制.造厂需要从德国进口金属锭和铸锭进行生产，为了摆

脱这种依赖局面，必须要在苏联国内找到原料。不久，由马利亚夫领导的国家勘探队勘测到了季赫文斯基铝土矿，同时指出该矿蕴藏含50%氧化铝优质铝矿石，极具开采价值。而后来沃

尔霍夫与第聂伯两个水电站的相继投入使用，提供了加工铝所需的电能。

这个成果解决了苏联一项重大的國Ｍ经济课题，即建成了苏联自己完全立足于国产原料的铝合金冶金工业，从而保证苏联航空将沿着全金属结构飞机这一方向而发展。

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注：关于二战时的航空铝合金

自1906年德国科学家威尔姆发现铝铜镁系合金的时效现象后，在此基础上创造发明了一系列的铝合金。较著名的有1915年发明的2017合金，1930年的356.0铸造铝合金，1933年的2 024合金，1943年问世的6063和7075合金。

二战中影响最大的是2024铝合金。该型合金含镁1.2-1.8%、含锰0.3-0.9%、含硅0.5%、含锌0.25%、含铬0.1%，抗拉强度476MPa，延伸率10％。据统计，二战美国生产的14万架飞机的机身蒙皮、机翼以及其他受力件等80%由此合金制.造，可以说这种合金对二战反法ＸＳ胜利起了不可估量的作用。

2024合金现已形成一个大家族。时至今日，ARJ21飞机所用的2524T-3合金也是从其发展而来。

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1925年10月6日，中央流体力学研究院决定将全金属结构飞机制.造委员会改为航空材料及结构试验部，由西多林担任部长。这是苏联航空材料学发展史上一个重要阶段，并为后来组建独立的科学研究院奠定了基础。

该部完成了一系列研制与完善全金属结构飞机和对改造木质结构飞机起决定性作用的科学研究工作。除了航空木材外，还进一步研究了木质结构用胶接材料和胶合工艺、木质结构用油漆和防潮方法、铝合金和各种半成品、结构钢和不锈钢、金属抗腐蚀性和防护方法等。

1932年6月28日，时任重工业人民委员会主任的奥尔忠尼启则颁布命令，“由航空工业总局组建全苏航空材料研究院”。该院主要任务是：研究航空材料和组织半成品生产，调查原料基地，探索新的材料并在飞机和发动机生产中推广使用，制定发动机、飞机、飞艇和航空仪表制.造业生产和使用材料及半成品的工艺程序，制定航空材料标准，指导苏联重工业人民委员会所属的科研、教学及生产实验工作。

到了30年代，苏联的大型运输机和轰炸机基本采用铝合金和钢制.造，而歼击机则主要是用木材和蒙皮制.造。在苏联30年代苏联著名的歼击机伊-15采用了新材料，比如铬、钼合金管材和轻质镁基合金板材，从而保证该型飞机起飞重量较轻（1373公斤）和具有足够的结构强度。

尽管当时持反对意见的人占上风，该研究院还是提出了一向在飞机制.造中采用强度极限高于1 40公斤/平方毫米的建议。研制高强度钢、塑性铝镁合金和铸造铝镁合金，以及非金属结构材料，成为当时航空材料研究人员瞩目的中心。

30年代，在西多林和阿基莫夫领导下，该院研究人员研制成功高强度的铬锰硅钢（30XГC A），并在航空工业推广使用，这种钢在前苏联的几乎所有飞机承力构件都有它的身影。

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