眾所周知，在蘇德戰爭中，蘇聯空軍經過1418個日夜的奮戰，消滅敵機57180架。然而，在奪取制空權戰勝對手的背後，都離不開航空材料的發展。如果沒有它的發展，航空技術的進步-飛機結構穩定、發動機使用壽命延長、飛機速度的提高、飛機在各種氣象條件下出動等都將成為空談！

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在沙俄時期，俄國大概有15個工廠從事飛機生產與修理，這些工廠主要分布在莫斯科、彼得堡、辛菲羅波爾、敖德薩、里加等地，總職工人數近1萬人。此時，俄國主要飛機都來源於西方，航空材料也不例外，主要使用從德國等國進口的白銀松。此外，精製蒙布、碳鋼張帶半成品、型材也從其他國家進口。（筆者註：事實上俄國自身擁有取之不盡分布在西伯利亞的適合航空用松木材，可是當時政府過於依賴外國）。當時，俄國在航空材料的研究和探索方面沒有做多少重要工作，只有1915年做為《浮空學》雜誌附錄出版了Д.博列伊科的《飛機材料試驗》一書。

十月革命勝利後，年輕的蘇維埃共和國首要任務就是保衛和鞏固革命成果，而建立和發展生產飛機和發動機用的優質材料工業，就成為了一項迫在眉睫的課題。

1918年12月，蘇聯組建了中央流體力學研究院，茹科夫斯基被任命為第一任領導人。可惜這位天才僅3年後就不幸逝世（為了表彰他的功績，蘇聯政府後來將1920年成立的紅色空軍工程學院命名H.E.茹科夫斯基空軍工程學院），隨後由其戰友與學生恰普雷金接任。

連結-茹科夫斯基

全名尼古拉-葉戈羅維奇-茹科夫斯基(Николай Егорович Жуковский)， 1847年1月5日（1月17日）出生，1868年畢業於莫斯科大學物理數學系。1872年起任莫斯科工業學院分析力學係數學講師，1874年9月任副教授。1876年11月得碩士學位，論文為《流體運動學》。1882年4月獲得應用數學博士學位，論文為關於運動穩定性問題的《論運動的持久性》。1885年起在莫斯科大學教授理論力學。1894年被選為彼得堡科學院通訊院士，1905年任莫斯科數學學會主席。1902年他指導建成莫斯科大學的風洞，這是歐洲最早一批風洞中的一個。1910年起他積極參與莫斯科工業學院的空氣動力學實驗室的籌建。1910~1912年間他講授"飛行的理論基礎"課程，1913年還為飛機駕駛員講授這課程。第一次世界大戰中他從事轟炸理論、外彈道學問題的研究。十月革命後他投身於蘇維埃空軍的創建工作。1918年12月，根據他的建議，蘇聯建立了"中央空氣動力學和水動力學研究所"，並任命他為主任。

他首先將複變函數廣泛地應用於空氣動力學與流體力學。他對空氣動力學的重要貢獻在於建立了飛機機翼舉力和環量之間的關係，這一關係是設計機翼剖面的理論基礎。他在1904年發現產生機翼舉力的原因，據此，在1906~1907年的論文中給出可用來計算舉力的一個定理。在得到這定理以後，他和他的學生C.A.恰普雷金等於1910~1912年研究了它的應用，提出設計茹科夫斯基翼剖面的理論。此外，他還根據機翼理論求得螺槳葉片上的氣流速度分布(1912~1918)，這是飛機螺槳設計的理論根據。他還在許多研究工作(1913~1920)中奠定飛機氣動設計的基礎，給出計算飛行縱向穩定性的辦法和飛機結構強度的核算辦法。

1921年3月17日在莫斯科去世。俄羅斯莫斯科州的城市茹科夫斯基，為紀念他的偉大貢獻而命名的。他的工作對航空業的發展產生了巨大的影響，被列寧稱為"俄羅斯航空之父"。

連結-恰普雷金

全名謝爾蓋-阿列克謝耶維奇-恰普雷金（Сергей Алексеевич Чаплыгин）1869年4月5日出生，1890年在莫斯科大學物理數學系畢業後留校任教，1894年升為副教授。1895年後在莫斯科測地學院、莫斯科高等技術學校、莫斯科婦女高等講習所等處任教。1902年獲博士學位。1903年當選為莫斯科大學應用數學講座教授。1918年和Н.Е.茹科夫斯基一起創建中央空氣流體動力學研究所，1921年3月-1931年任該所所長，1929年1月12日成為蘇聯科學院院士。在因健康原因辭去所長職務後，繼續在研究所工作，1942年10月8日去世。先後獲得1次社會主義勞動英雄稱號（蘇聯科學家中第一位此榮譽獲得者）、2枚列寧勳章和2枚勞動紅旗勳章等。

1922年5月8日，中央流體力學研究院決定組建材料試驗部，並確定了發展航空材料學的新的科學方向。在該部成立初期，沒有試驗基地，不得不借用莫斯科高等技術學校的機械實驗室開始了航空材料的實驗工作。

當時飛機製造主要結構材料還是木材，因此，根據蘇聯國民經濟最高委員會軍工總局所屬材料試驗部的倡議，成立了航空木材部際聯合委員會。

委員會成立後的第一個工作就是解決原材料的進口問題。經過試驗和論證認為，蘇聯的木材資源無論是原木還是成品的膠合板，都足以供本國廣泛使用。材料試驗部負責研究木材的物理機械性能及其在各種結構中的應用條件，並負責制定加工工藝程序。

對於飛機木質構架蒙布性能的研究和用作蒙布塗層已形成正常拉力的航空油漆的研究，都給予了極大的關注。當時通過研究發現，連接結構件用的動物膠不能保證可靠地膠合，膠接接縫成了薄弱部位，在大氣作用下結構強度顯著降低。

在對其他一些沒有動物膠缺點的膠合材料研究方面，發現了可以用酪朊膠代替動物膠，酪朊膠在飛機長期使用過程中對大氣作用更加穩定，而且還可以保證膠合可靠。

材料試驗部另一重要工作就是研究了金屬材料-鋼及鋁合金在飛機上的應用。

1906年，德國科學家A.威爾姆研製出了鋁合金，從而向飛機設計師們提供了一種更符合航空技術要求的堅固的輕金屬。根據威爾姆的理論，添加4%的銅、0.5%的鎂和0.5%的錳的鋁合金急冷（500度淬火）後，在室溫放置4-5晝夜，其硬度和強度均有所增加，但不損失塑性。

這種鋁合金最終由德國迪倫市（Düren）的迪倫冶金廠試製成功，後來就按該城市將這種材料命名為「杜拉鋁」。與原先普通純鋁相比，杜拉鋁的抗拉強度達到36-38公斤/平方毫米，是原先的4-5倍。

為此，1922年中央流體力學研究院成了了一個「全金屬結構飛機製造委員會」，所屬成員有圖波列夫、西多林、奧澤羅夫和波戈斯基等人，這個委員會主要任務就是在蘇聯國內組織生產對飛機製造有發展前途的鋁合金材料。

同年，蘇聯在布塔洛夫領導的科利丘根斯基有色金屬廠試製成功蘇聯的國產鋁合金，定名為「科利丘根鋁」，其性能與德國的「杜拉鋁」基本接近。該年底，開始試生產這種合金的板材、帶材、棒材和絲材。彼得格勒的「紅色選民」工廠承擔鋁合金管材的生產，而位於莫斯科的國防航空化學建設協會的工廠則負責制定板材生產工藝程序。

在最初的幾年，蘇聯的鋁合金半成品製造廠需要從德國進口金屬錠和鑄錠進行生產。為了擺脫這種依賴局面，必須要在蘇聯國內找到原料。不久，由С.Ф.馬利亞夫領導的國家勘探隊勘測到了季赫文斯基鋁土礦，同時指出該礦蘊藏含50%氧化鋁優質鋁礦石，極具開採價值。而後來沃爾霍夫與第聶伯兩個水電站的相繼投入使用，提供了加工鋁所需的電能。

這個成果解決了蘇聯一項重大的國民經濟課題，即建成了蘇聯自己完全立足於國產原料的鋁合金冶金工業，從而保證蘇聯航空將沿著全金屬結構飛機這一方向而發展。

註：關於二戰時的航空鋁合金

自1906年德國科學家威爾姆發現鋁銅鎂系合金的時效現象後，在此基礎上創造發明了一系列的鋁合金。較著名的有1915年發明的2017鋁合金，1930年的356.0鑄造鋁合金，1933年的2024鋁合金，1943年問世的6063和7075鋁合金。

二戰中影響最大的是2024鋁合金。該型合金含鎂1.2-1.8%、含錳0.3-0.9%、含矽0.5%、含鋅0.25%、含鉻0.1%，抗拉強度476MPa，延伸率10％。據統計，二戰美國生產的14萬架飛機的機身蒙皮、機翼以及其他受力件等80%由此合金製造，可以說這種鋁合金對二戰反法西斯勝利起了不可估量的作用。

2024鋁合金現已形成一個大家族。時至今日，ARJ21飛機所用的2524T-3合金也是從其發展而來。

1925年10月6日，中央流體力學研究院決定將全金屬結構飛機製造委員會改為航空材料及結構試驗部，由Н.И.西多林擔任部長。這是蘇聯航空材料學發展史上一個重要階段，並為後來組建獨立的科學研究院奠定了基礎。

該部完成了一系列研製與完善全金屬結構飛機和對改造木質結構飛機起決定性作用的科學研究工作。除了航空木材外，還進一步研究了木質結構用膠接材料和膠合工藝、木質結構用油漆和防潮方法、鋁合金和各種半成品、結構鋼和不鏽鋼、金屬抗腐蝕性和防護方法等。

航空材料及結構試驗部對飛機發展做出了重大貢獻，這從1932年11月5日重工業人民委員部航空工業總局頒布的命令就充分證實了這一點。命令中寫道：「從中央流體力學研究院航空材料試驗部組建之日到1932年已滿十周年。這十年當中，它已成長為一個強大的科研機構，這個機構所從事的工作概括了航空材料學的所有迫切需要解決的問題，出色地完成了一系列科研任務而聞名遐邇。其中應當特別指出的有：對杜拉鋁及其半成品的一系列研究，對金屬腐蝕的研究，對不鏽鋼的研究，對航空用木材的研究，以及對膠粘劑、油漆、塗料和其他許多材料的研究」。

1932年6月28日，時任重工業人民委員會主任的奧爾忠尼啟則頒布命令，「由航空工業總局組建全蘇航空材料研究院（ВИАМ-Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов）」，首任院長巴赫馬托夫（П.А.Бахматов）。該院主要任務是：研究航空材料和組織半成品生產，調查原料基地，探索新的材料並在飛機和發動機生產中推廣使用，制定發動機、飛機、飛艇和航空儀表製造業生產和使用材料及半成品的工藝程序，制定航空材料標準，指導蘇聯重工業人民委員會所屬的科研、教學及生產實驗工作。研究院內部設立綜合金相室、黑色金屬室、有色金屬室、航空用木材室、化學工藝室、化學分析室和冶金實驗室。

到了30年代，蘇聯的大型運輸機和轟炸機基本採用鋁合金和鋼製造，而殲擊機則主要是用木材和蒙皮製造。在蘇聯30年代蘇聯著名的殲擊機伊-15採用了新材料，比如鉻、鉬合金管材和輕質鎂基合金板材，從而保證該型飛機起飛重量較輕（1373公斤）和具有足夠的結構強度。

儘管當時持反對意見的人占上風，該研究院還是提出了一項在飛機製造中採用強度極限高於140公斤/平方毫米的建議。研製高強度鋼、塑性鋁鎂合金和鑄造鋁鎂合金，以及非金屬結構材料，成為當時航空材料研究人員矚目的中心。

30年代，在西多林（И.И.Сидорин，1933-1938年任副院長，1982年去世，1986年追授蘇聯國家獎金）和阿基莫夫（Г.В.Акимов，蘇聯金屬腐蝕理論奠基人之一，1952年蘇聯科學院院士，先後3次獲得史達林獎金）領導下，該院研究人員研製成功高強度的鉻錳矽鋼（30XГCA），並在航空工業推廣使用，這種鋼在蘇聯的幾乎所有飛機承力構件都有它的身影。

註：鉻錳矽鋼

鉻錳矽鋼屬於珠光體型低合金結構鋼，與其他牌號剛相比，主要優點是合金元素不多；而且更重要的是不含當時蘇聯需要進口的鉬和鎳元素。該型鋼抗拉強度可以達到160公斤/平方毫米，使得航空工業能夠制.造出重量更輕的飛機承力構件。

從資源結構來說，蘇聯的金屬原料資源很豐富，但在30年代，考慮到部分金屬（主要是鉬、鎳、鎢、鈷、釩、錫和銅）的供應緊張，所以研究院航空材料研製立足於充分利用自身資源，擺脫依賴其他國家進口稀有金屬的被動局面。

隨即，基什金和斯科利亞羅夫對高強度裝甲鋼進行了深入研究。根據基什金的回火脆性理論，試製成功了高強度的均質裝甲鋼，成為日後空軍飛機防彈結構材料首選。

在這個時期，蘇聯對鋁合金研製也做了大量工作。博奇瓦爾提出了鋁合金再結晶的理論，而且創造了結晶輕合金的壓力鑄造法。另一位科學家彼得羅夫對鋁合金時效過程也進行了深入研究。

30年代，科學家Л.К.薩利道提出了強度50-60公斤每平方毫米鋁鋅鎂合金概念，然而掌握改合金半成品生產工藝與應用卻是困難重重，供應給工廠的高強度合金板材不等投產就已開裂，而同期研究的德國科學家格特勒（Göerttler）也遇到同樣問題。另一個航空大國美國也在當時用這種合金材料製造了一架試驗機，可惜好景不長，不久機翼蒙皮上鉚釘排之間出現了裂紋。

由於Al-Zn-Mg系列高強度鋁合金本身具有應力腐蝕傾向，在明顯低於這種材料強度的盈利和腐蝕介質（甚至一般大氣介質）同時作用下，也能自行開裂。經過20多年探索與試驗，目前這類材料只是在飛機結構件上應用。

除了航空材料本身研製外，蘇聯也開始建立了自己的防腐蝕學派，重點研究了對於鋁合金、高強度鋼的防護方法以及奠定了金屬組織腐蝕理論基礎。1936年和1941年，兩本關於防腐的專著《金屬腐蝕》和《航空金屬腐蝕》相繼問世，總結了航空工業防腐蝕經驗並提出了維護的積極建議，並對航空工廠有關工作人員以及飛機和發動機維護人員提出了具體的建議。

同時，在非金屬材料方面，也取得了許多成果。

根據使用經驗發現，在庫外保存和在一些濕度較大地區，用原木、酪朊膠膠合的膠合板所製造飛機，一些結構件受到黴菌侵蝕，降低了膠合強度，以致造成木質飛機可靠性下降的危險。經過大量研究工作，探索了浸漬木材及天然纖維蒙布用的防腐劑，並建議在處理木材、蒙布和配置酪朊膠時，加入防腐的磷酸乙基汞，以便提高耐菌蝕性能。但是，汞化物對操作人員健康有很大危害，所以最終研究結果是使用烴基聯苯。與此同時，飛機蒙皮使用的合成膠膠合酚醛塑料板也應運而生。之後，圖馬諾夫（Алекcей Тихонович Туманов，航空工程少將，1938-1951年和1955-1976年任院長，1961年科學技術博士，先後獲得蘇聯國家獎金和史達林獎金）和阿夫拉辛（Яков Давидович Аврасин，技術科學博士）等人研製成功高強度木材-δ木材。這是一種用全蘇航空材料研究院Б-3號酚甲醛膠膠合的樺木層板材料，它的比強度高於鉻錳矽鋼，主要用來製作拉格系列殲擊機的翼梁。

戰爭初期的嚴重形勢，使得蘇軍航空工業材料供應產生非常緊張局面。在戰前，航空工業用鋁60%由第聶伯羅彼得羅夫斯克和沃爾霍夫兩個鋁廠供應，65%製造薄壁鋼管的金屬第聶伯羅彼得羅夫斯克和尼科波爾斯克兩個工廠的電爐熔煉。而烏拉爾各工廠供應的金屬只占總量5%。

在隨後的工廠東遷中，大量科研人員被派到烏拉爾和西伯利亞，制訂了熔煉和檢驗新規範，從而使平爐冶煉的優質結構鋼達到了電爐熔煉鋼的水平。經過努力，1942年烏拉爾和西伯利亞供應金屬總量已經接近70%，到了1943年則達到了近84%。

為了反坦克作戰的需要，伊爾-2強擊機得以大量生產。整架飛機起飛重量不到6噸，裝甲卻占了700多公斤，飛機的裝甲殼體同時又是飛機受力骨架一部分。飛機的尾部為木質結構，機翼和尾翼為硬鋁結構。為了提高飛機的生存能力，研製成功AБ-2高強度裝甲鋼，這種鋼具有很高的強度和良好的工藝性能，大大增強了該型飛機的防彈能力，為此基什金（С.Т.Кишкин，1960年6月蘇聯科學院院士，從事裝甲鋼、高溫合金和鎳合金研究，1938-1975年任材料研究院副院長，先後獲得過列寧獎金、史達林獎金和蘇聯國家獎金）和斯科利亞羅夫（Н.М.Скляров，技術科學博士，下線後獲得列寧獎金和史達林獎金）於1942年獲得了二級史達林獎金。

同時，還研製出了用作飛機座艙玻璃的甲基丙烯酸甲酯透明防彈有機玻璃；採用專門的纖維板和包橡膠的纖維板做油箱來取代鋁製油箱，有助於提高飛機戰鬥生存力。主要原因是當用鋁合金製造的包橡膠油箱被擊穿時，汽油會從彈孔流出，因為鋁基材料的彈孔上有毛刺，膠套不能封住彈孔，以致往往釀成火宅。而纖維板被擊穿所造成的局部損壞不會形成毛刺，橡膠在汽油中膨脹後會封住彈孔，從而保證了飛機的安全。在作戰飛機上推廣使用這種油箱，可以大大提高生存率。戰時蘇軍有22000架飛機帶著這種油箱，挽救了許多飛行員的生命並保存下來大量作戰飛機。

在另一方面，為了取代含有進口添加劑鉬的30XMA鉻鉬鋼，研究院受領任務尋找其他材料替代。經過努力，在1942年研製出30ХГСА和25ХГСА鉻錳矽鋼，並在許多飛機結構件中大量使用。當時，圖波列夫與伊留申在鑑定書中分別寫道：「鉻錳矽鋼不含貴重的進口添加劑，採用這種鋼材不僅能取代鉻鉬鋼，而且能製造強度特性比以前用材好得多的一些主要零件」，「不含稀有添加劑的鉻錳矽鋼已經廣泛應用於我們設計的飛機結構中。由於鋼的性能好，可以採用大剖面型材，採用這種型材不僅效果好而且可以增加飛機有效載荷，並便於制定合理的結構加工與焊接工藝流程，這對於戰時飛機成批生產有特殊意義。」

在戰爭中，研究院還解決了其他一些重要的材料問題，以下試舉幾例。

油漆塗層

研製了反判斷飛機塗料，當敵方在空中照相時，塗有這種塗料的飛機在紅外線底片上顯示不出來，因為它能使飛機與所在位置的背景（綠色田野、積雪）混淆在一起

鉚釘絲

在戰爭最初幾個月，意外發生一個嚴重問題-不能保證供應飛機生產用的鉚釘絲，原因是各航空工廠鉚釘絲儲備量極少，而生產這種絲材的一些工廠已經撤退到東部。即使在最好情況下，也要等到1942年下半年才能安排好絲材的生產。當時的情況是一架殲擊機鉚釘數量達幾十萬個，而轟炸機鉚釘數量更達上百萬個，沒有鉚釘就不能生產飛機。一位科學家В.Г.戈洛夫金建議採用液體金屬流拉絲法。金屬流從爐子的出料孔流出時，用水加以冷卻，金屬流借表面張力和氧化膜的作用可以維持不斷，最後加工出來的表面既光亮又平滑，製成的金屬絲強度很好。此項建議使得短時間就建立起鉚釘絲的生產，有效保證了飛機生產。

機身鋼製骨架焊接

在雅克系列殲擊機進行大批量生產時，機身鋼製骨架焊接原用的手工焊接方法成了工廠生產的薄弱環節。在米哈伊諾夫的領導下，採用了用淬火鋼部件組成的飛機骨架流水作業聯合焊接法，並在成批生產中得到推廣應用。這種方法顯著提高了焊縫的強度和可靠性，改進了骨架的質量，提高了勞動生產率，焊接工序已不再是流水作業的薄弱環節。

鋁的回用

由於戰爭的規模不斷擴大，蘇聯國內鋁供應出現問題。為了保證前線所需航空裝備的供應，決定在生產飛機和發動機零件的同時，利用從前線運回的飛機殘骸。但是，從這些殘骸中回收的金屬摻雜有各種鐵製件，會影響產品質量。為此，研究院制訂了一套鋁合金除鐵法，使得這一問題得到解決。

儘管戰爭年代條件艱苦，但全蘇航空材料研究院為了戰爭勝利忘我工作，做出了巨大貢獻。為了表彰該院在研製新型航空材料及在生產中推廣使用這些材料成績卓著，榮獲列寧勳章，全院有200餘人獲得勳章和獎章。可以這麼說，該院為蘇軍早日奪得制空權以及戰後蘇聯航空事業的進一步發展作出了不可磨滅的貢獻！至於二戰後蘇聯航空材料的發展，敬請期待下文。