众所周知，在苏德战争中，苏联空军经过1418个日夜的奋战，消灭敌机57180架。然而，在夺取制空权战胜对手的背后，都离不开航空材料的发展。如果没有它的发展，航空技术的进步-飞机结构稳定、发动机使用寿命延长、飞机速度的提高、飞机在各种气象条件下出动等都将成为空谈！

材料研究院标志

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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，可是当时政府过于依赖外国）。当时，俄国在航空材料的研究和探索方面没有做多少重要工作，只有1915年做为《浮空学》杂志附录出版了Д.博列伊科的《飞机材料试验》一书。

十月革命胜利后，年轻的苏维埃共和国首要任务就是保卫和巩固革命成果，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，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，苏联政府后来将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恰普雷金接任。

1920年秋红军的纽波尔-23飞机

链接-茹科夫斯基

全名尼古拉-叶戈罗维奇-茹科夫斯基(Николай Егорович Жуковский)， 1847年1月5日（1月17日）出生，1868年毕业于莫斯科大学物理数学系。1872年起任莫斯科工业学院分析力学系数学讲师，1874年9月任副教授。1876年11月得硕士学位，论文为《流体运动学》。1882年4月获得应用数学博士学位，论文为关于运动稳定性问题的《论运动的持久性》。1885年起在莫斯科大学教授理论力学。1894年被选为彼得堡科学院通讯院士，1905年任莫斯科数学学会主席。1902年他指导建成莫斯科大学的风洞，这是欧洲最早一批风洞中的一个。1910年起他积极参与莫斯科工业学院的空气动力学实验室的筹建。1910~1912年间他讲授"飞行的理论基础"课程，1913年还为飞机驾驶员讲授这课程。第一次世界大战中他从事轰炸理论、外弹道学问题的研究。十月革命后他投身于苏维埃空军的创建工作。1918年12月，根据他的建议，苏联建立了"中央空气动力学和水动力学研究所"，并任命他为主任。

他首先将复变函数广泛地应用于空气动力学与流体力学。他对空气动力学的重要贡献在于建立了飞机机翼举力和环量之间的关系，这一关系是设计机翼剖面的理论基础。他在1904年发现产生机翼举力的原因，据此，在1906~1907年的论文中给出可用来计算举力的一个定理。在得到这定理以后，他和他的学生C.A.恰普雷金等于1910~1912年研究了它的应用，提出设计茹科夫斯基翼剖面的理论。此外，他还根据机翼理论求得螺桨叶片上的气流速度分布(1912~1918)，这是飞机螺桨设计的理论根据。他还在许多研究工作(1913~1920)中奠定飞机气动设计的基础，给出计算飞行纵向稳定性的办法和飞机结构强度的核算办法。

1921年3月17日在莫斯科去世。俄罗斯莫斯科州的城市茹科夫斯基，为纪念他的伟大贡献而命名的。他的工作对航空业的发展产生了巨大的影响，被列宁称为"俄罗斯航空之父"。

茹科夫斯基

链接-恰普雷金

全名谢尔盖-阿列克谢耶维奇-恰普雷金（Сергей Алексеевич Чаплыгин）1869年4月5日出生，1890年在莫斯科大学物理数学系毕业后留校任教，1894年升为副教授。1895年后在莫斯科测地学院、莫斯科高等技术学校、莫斯科妇女高等讲习所等处任教。1902年获博士学位。1903年当选为莫斯科大学应用数学讲座教授。1918年和Н.Е.茹科夫斯基一起创建中央空气流体动力学研究所，1921年3月-1931年任该所所长，1929年1月12日成为苏联科学院院士。在因健康原因辞去所长职务后，继续在研究所工作，1942年10月8日去世。先后获得1次社会主义劳动英雄称号（苏联科学家中第一位此荣誉获得者）、2枚列宁勋章和2枚劳动红旗勋章等。

恰普雷金

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，根据苏联国民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。

材料部的建设

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。

1924年红军的爱尔-1侦察机机群，这是红军内战后研制的第一型飞机

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。

特勃-1轰炸机，苏联第一架全金属悬臂式单翼飞机

同年，苏联在布塔洛夫领导的科利丘根斯基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С.Ф.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国民经济课题，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。

50年代材料研究院的冶金车间

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铝合金，1930年的356.0铸造铝合金，1933年的2024铝合金，1943年问世的6063和7075铝合金。

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，可以说这种铝合金对二战反法西斯胜利起了不可估量的作用。

2024铝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。

ARJ21飞机

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Н.И.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。

芳纶增强填料

航空材料及结构试验部对飞机发展做出了重大贡献，这从1932年11月5日重工业人民委员部航空工业总局颁布的命令就充分证实了这一点。命令中写道：“从中央流体力学研究院航空材料试验部组建之日到1932年已满十周年。这十年当中，它已成长为一个强大的科研机构，这个机构所从事的工作概括了航空材料学的所有迫切需要解决的问题，出色地完成了一系列科研任务而闻名遐迩。其中应当特别指出的有：对杜拉铝及其半成品的一系列研究，对金属腐蚀的研究，对不锈钢的研究，对航空用木材的研究，以及对胶粘剂、油漆、涂料和其他许多材料的研究”。

材料研究院院报

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（ВИАМ-Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов）”，首任院长巴赫马托夫（П.А.Бахматов）。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。研究院内部设立综合金相室、黑色金属室、有色金属室、航空用木材室、化学工艺室、化学分析室和冶金实验室。

巴赫马托夫

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项在飞机制造中采用强度极限高于140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（И.И.Сидорин，1933-1938年任副院长，1982年去世，1986年追授苏联国家奖金）和阿基莫夫（Г.В.Акимов，苏联金属腐蚀理论奠基人之一，1952年苏联科学院院士，先后3次获得斯大林奖金）领导下，该院研究人员研制成功高强度的铬锰硅钢（30XГCA），并在航空工业推广使用，这种钢在苏联的几乎所有飞机承力构件都有它的身影。

西多林

注：铬锰硅钢

铬锰硅钢属于珠光体型低合金结构钢，与其他牌号刚相比，主要优点是合金元素不多；而且更重要的是不含当时苏联需要进口的钼和镍元素。该型钢抗拉强度可以达到160公斤/平方毫米，使得航空工业能够制.造出重量更轻的飞机承力构件。

从资源结构来说，苏联的金属原料资源很丰富，但在30年代，考虑到部分金属（主要是钼、镍、钨、钴、钒、锡和铜）的供应紧张，所以研究院航空材料研制立足于充分利用自身资源，摆脱依赖其他国家进口稀有金属的被动局面。

随即，基什金和斯科利亚罗夫对高强度装甲钢进行了深入研究。根据基什金的回火脆性理论，试制成功了高强度的均质装甲钢，成为日后空军飞机防弹结构材料首选。

在这个时期，苏联对铝合金研制也做了大量工作。博奇瓦尔提出了铝合金再结晶的理论，而且创造了结晶轻合金的压力铸造法。另一位科学家彼得罗夫对铝合金时效过程也进行了深入研究。

伊尔-2强击机生产线，结构上采用了高强度装甲钢

30年代，科学家Л.К.萨利道提出了强度50-60公斤每平方毫米铝锌镁合金概念，然而掌握改合金半成品生产工艺与应用却是困难重重，供应给工厂的高强度合金板材不等投产就已开裂，而同期研究的德国科学家格特勒（Göerttler）也遇到同样问题。另一个航空大国美国也在当时用这种合金材料制造了一架试验机，可惜好景不长，不久机翼蒙皮上铆钉排之间出现了裂纹。

由于Al-Zn-Mg系列高强度铝合金本身具有应力腐蚀倾向，在明显低于这种材料强度的盈利和腐蚀介质（甚至一般大气介质）同时作用下，也能自行开裂。经过20多年探索与试验，目前这类材料只是在飞机结构件上应用。

除了航空材料本身研制外，苏联也开始建立了自己的防腐蚀学派，重点研究了对于铝合金、高强度钢的防护方法以及奠定了金属组织腐蚀理论基础。1936年和1941年，两本关于防腐的专著《金属腐蚀》和《航空金属腐蚀》相继问世，总结了航空工业防腐蚀经验并提出了维护的积极建议，并对航空工厂有关工作人员以及飞机和发动机维护人员提出了具体的建议。

阿基莫夫

同时，在非金属材料方面，也取得了许多成果。

根据使用经验发现，在库外保存和在一些湿度较大地区，用原木、酪朊胶胶合的胶合板所制造飞机，一些结构件受到霉菌侵蚀，降低了胶合强度，以致造成木质飞机可靠性下降的危险。经过大量研究工作，探索了浸渍木材及天然纤维蒙布用的防腐剂，并建议在处理木材、蒙布和配置酪朊胶时，加入防腐的磷酸乙基汞，以便提高耐菌蚀性能。但是，汞化物对操作人员健康有很大危害，所以最终研究结果是使用烃基联苯。与此同时，飞机蒙皮使用的合成胶胶合酚醛塑料板也应运而生。之后，图马诺夫（Алекcей Тихонович Туманов，航空工程少将，1938-1951年和1955-1976年任院长，1961年科学技术博士，先后获得苏联国家奖金和斯大林奖金）和阿夫拉辛（Яков Давидович Аврасин，技术科学博士）等人研制成功高强度木材-δ木材。这是一种用全苏航空材料研究院Б-3号酚甲醛胶胶合的桦木层板材料，它的比强度高于铬锰硅钢，主要用来制作拉格系列歼击机的翼梁。

图马诺夫

战争初期的严重形势，使得苏军航空工业材料供应产生非常紧张局面。在战前，航空工业用铝60%由第聂伯罗彼得罗夫斯克和沃尔霍夫两个铝厂供应，65%制造薄壁钢管的金属第聂伯罗彼得罗夫斯克和尼科波尔斯克两个工厂的电炉熔炼。而乌拉尔各工厂供应的金属只占总量5%。

在随后的工厂东迁中，大量科研人员被派到乌拉尔和西伯利亚，制订了熔炼和检验新规范，从而使平炉冶炼的优质结构钢达到了电炉熔炼钢的水平。经过努力，1942年乌拉尔和西伯利亚供应金属总量已经接近70%，到了1943年则达到了近84%。

为了反坦克作战的需要，伊尔-2强击机得以大量生产。整架飞机起飞重量不到6吨，装甲却占了700多公斤，飞机的装甲壳体同时又是飞机受力骨架一部分。飞机的尾部为木质结构，机翼和尾翼为硬铝结构。为了提高飞机的生存能力，研制成功AБ-2高强度装甲钢，这种钢具有很高的强度和良好的工艺性能，大大增强了该型飞机的防弹能力，为此基什金（С.Т.Кишкин，1960年6月苏联科学院院士，从事装甲钢、高温合金和镍合金研究，1938-1975年任材料研究院副院长，先后获得过列宁奖金、斯大林奖金和苏联国家奖金）和斯科利亚罗夫（Н.М.Скляров，技术科学博士，下线后获得列宁奖金和斯大林奖金）于1942年获得了二级斯大林奖金。

基什金

同时，还研制出了用作飞机座舱玻璃的甲基丙烯酸甲酯透明防弹有机玻璃；采用专门的纤维板和包橡胶的纤维板做油箱来取代铝制油箱，有助于提高飞机战斗生存力。主要原因是当用铝合金制造的包橡胶油箱被击穿时，汽油会从弹孔流出，因为铝基材料的弹孔上有毛刺，胶套不能封住弹孔，以致往往酿成火宅。而纤维板被击穿所造成的局部损坏不会形成毛刺，橡胶在汽油中膨胀后会封住弹孔，从而保证了飞机的安全。在作战飞机上推广使用这种油箱，可以大大提高生存率。战时苏军有22000架飞机带着这种油箱，挽救了许多飞行员的生命并保存下来大量作战飞机。

在另一方面，为了取代含有进口添加剂钼的30XMA铬钼钢，研究院受领任务寻找其他材料替代。经过努力，在1942年研制出30ХГСА和25ХГСА铬锰硅钢，并在许多飞机结构件中大量使用。当时，图波列夫与伊留申在鉴定书中分别写道：“铬锰硅钢不含贵重的进口添加剂，采用这种钢材不仅能取代铬钼钢，而且能制造强度特性比以前用材好得多的一些主要零件”，“不含稀有添加剂的铬锰硅钢已经广泛应用于我们设计的飞机结构中。由于钢的性能好，可以采用大剖面型材，采用这种型材不仅效果好而且可以增加飞机有效载荷，并便于制定合理的结构加工与焊接工艺流程，这对于战时飞机成批生产有特殊意义。”

1942年前线修理飞机

在战争中，研究院还解决了其他一些重要的材料问题，以下试举几例。

油漆涂层

研制了反判断飞机涂料，当敌方在空中照相时，涂有这种涂料的飞机在红外线底片上显示不出来，因为它能使飞机与所在位置的背景（绿色田野、积雪）混淆在一起

铆钉丝

在战争最初几个月，意外发生一个严重问题-不能保证供应飞机生产用的铆钉丝，原因是各航空工厂铆钉丝储备量极少，而生产这种丝材的一些工厂已经撤退到东部。即使在最好情况下，也要等到1942年下半年才能安排好丝材的生产。当时的情况是一架歼击机铆钉数量达几十万个，而轰炸机铆钉数量更达上百万个，没有铆钉就不能生产飞机。一位科学家В.Г.戈洛夫金建议采用液体金属流拉丝法。金属流从炉子的出料孔流出时，用水加以冷却，金属流借表面张力和氧化膜的作用可以维持不断，最后加工出来的表面既光亮又平滑，制成的金属丝强度很好。此项建议使得短时间就建立起铆钉丝的生产，有效保证了飞机生产。

苏联海报-光荣属于卫国战争的英雄们！荣耀归于斯大林猎鹰！

机身钢制骨架焊接

在雅克系列歼击机进行大批量生产时，机身钢制骨架焊接原用的手工焊接方法成了工厂生产的薄弱环节。在米哈伊诺夫的领导下，采用了用淬火钢部件组成的飞机骨架流水作业联合焊接法，并在成批生产中得到推广应用。这种方法显著提高了焊缝的强度和可靠性，改进了骨架的质量，提高了劳动生产率，焊接工序已不再是流水作业的薄弱环节。

铝的回用

由于战争的规模不断扩大，苏联国内铝供应出现问题。为了保证前线所需航空装备的供应，决定在生产飞机和发动机零件的同时，利用从前线运回的飞机残骸。但是，从这些残骸中回收的金属掺杂有各种铁制件，会影响产品质量。为此，研究院制订了一套铝合金除铁法，使得这一问题得到解决。

尽管战争年代条件艰苦，但全苏航空材料研究院为了战争胜利忘我工作，做出了巨大贡献。为了表彰该院在研制新型航空材料及在生产中推广使用这些材料成绩卓著，荣获列宁勋章，全院有200余人获得勋章和奖章。可以这么说，该院为苏军早日夺得制空权以及战后苏联航空事业的进一步发展作出了不可磨灭的贡献！至于二战后苏联航空材料的发展，敬请期待下文。

如今的研究院主楼