飞机机翼的设计必须要考虑到多种因素，比如能效、舒适性、安全性和可靠性。不过所有这些因素权重将取决于飞机的设计用途，战斗机和商务机的设计肯定是不同的。

所以飞机的设计必须要满足特定的要求，这将决定飞机结构和制造材料的使用。飞机设计需要各种材料以满足各类属性要求，包括强度、弹性、比重和耐蚀性。

飞机具体部件的设计也需要用到不同的材料，这些材料都必须满足一定的强重比和外施负荷的要求。

木材——首架飞机设计所用材料

木材的机械和物理属性能够飞机部件的生产。胶合的木材结构强重比高，经防腐处理后能够满足严酷环境要求。

最初飞机制造材料是木材，但现代飞机制造已经不再使用它，因为现在飞机制造材料有了更多的选择，既有金属材料也有非金属材料，这些材料轻量强重比更高，耐蚀性更优异。

金属材料的引入

飞机制造业使用的金属材料包括钢铁、铝材、钛以及这些金属的合金。同合金钢相比，钛合金特点是密度更低（约为合金钢的三分之一），耐蚀性好。

不过合金钢拉伸强度和弹性系数要更高。所以飞机重要强度部位还是会用到合金钢，比如起落架。

飞机结构也会用到钛合金，钛是一种轻量化、强度高、耐蚀性好的金属。该金属与一些特殊设计的耐热合金一起用于飞机引擎部件的制造，这些耐热金属包括镍基超合金。

飞机制造业用到的复合材料

除金属材料外，飞机制造业也用到复合材料，这些复合材料强度高，密度相对低，耐蚀性优良。复合材料是基于不同材料的结构属性，将其复合制造而成。

它们可以是由植入树脂基质的纤维材料组成。一般说来，不同特种纤维材料经层压使其满足特殊要求，获得应有的强度和韧性。

现代飞机制造兴起后才用到复合材料，在过去几年飞机用复合材料一直稳步增长，从而降低了金属材料用量。

现代飞机机翼材料

飞机机翼不同部位结构功能不同，材料也不同。机翼由多个部分组成，包括翼梁以及操纵面（副翼和襟翼）。

机翼的不同部分，载荷不同，因此需要根据不同部分，选用不同的材料。翼梁可以选择使用合金钢和钛合金，翼面和操纵面可以使用复合材料。

提高空气动力性能和能效

飞机其它部分制造材料的选择也要取决于飞机类型，比如超轻型结构就用到了诸如复合材料类的轻质材料。得益于飞机设计研究项目的不断开展，飞机各方面性能不断提高，如空气动力效率、燃油经济性和噪音控制等，这些研究也不断推动着新材料的开发和测试。

与机翼形状和材质有关的新概念创新技术还在开发当中，这些技术旨在减少空气阻力，降低噪音水平，同时提高燃油经济性。根据测算，一架大型货运飞机，每减少1%的空气阻力就可以节省400000升以上的燃油，减少约5000公斤的污染物排放量。

普朗特（Prandtl）飞机空气动力结构

空气动力学结构最典型的是普朗特飞机结构（PrandtlPlane configuration），该盒式翼（closed-wing）布局是基于路德维希·普朗特（Ludwig Prandtl）1924年提出的“最优机翼系统（best wing system）”概念引入的。

根据这一理论，盒式翼升力系统在特定条件下空气阻力最小。一个名为IDINTOS项目组基于这一理论概念，进行了相关的模拟开发和研究，该机构由一家意大利公共和私人财团资助，他们已经设计和制造出一架超轻型普朗特飞机（PrandtlPlane）。复合材料应用于他们整个原型机的制造，从机身一直到机翼结构。

挠性箔（FlexFoil）机翼

另一项机翼创新概念设计由NASA（美国航天局）牵头进行，该项目参与方还有美国富莱克斯（FlexSys）公司和美国空军研究实验室。

该机翼创新设计可以在飞行中通过一个柔性翼缘改变机翼轮廓。传统襟翼由变形控制翼代替，该变形翼可以在飞机起降过程中进行大的翼角变形。

该新型机翼运用了航空材料“分布柔度（distributed compliance）”技术领域的自然弹性。该无缝结构将制动器和感应器整合在一起，可通过压力控制进行大角度变形。

根据富莱克斯（FlexSys）公司的研究，该鸟翼形状的可变机翼能够提高燃油效率12%以上，降低起降噪音40%以上。

该实验性的机翼操纵面已经安装于一架飞机上，之后将进行为期6个月的测试。该原型机已经完成了数据采集试验飞行，固定襟翼角度变化范围达到了-2至+30度。

未来机翼设计

上述几个机翼创新设计的案例说明未来机翼材料将变得多元化，这得益于非常规空气动力设计结构要求重量更轻，同时几何形状也变得高度复杂。

不过，航空业还是要受制于严格的安全测试和规范要求，创新技术必须符合这类要求。所以在新技术引入到飞机制造之前需要漫长的等待时间，这也严格限制了下一代材料的应用。

新材料在线编译整理——翻译：刘磊     校正：摩天轮