式中，σ為材料強度，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)動機振動、轉(zhuǎn)動件的高速旋轉(zhuǎn)、機動飛行和突風等因素產(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)境是由空氣動力加熱、發(fā)動機燃氣以及太空中太陽的輻照造成的。航空器長時間在空氣中飛行，有的飛行速度高達3倍音速，所使用的高溫材料要具有良好的高溫持久強度、蠕變強度、熱疲勞強度，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，并應具有在高溫下長期工作的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。火箭發(fā)動機燃氣溫度達30000C以上，噴射速度可達十余個馬赫數(shù)，而且固體火箭燃氣中還夾雜有固體粒子，彈道頭部在進入大氣層時速度高達20個馬赫數(shù)以上，溫度高達上萬攝氏度，有時還會受到粒子云的侵蝕，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設(shè)計高溫耐燒蝕材料和發(fā)汗冷卻材料以滿足高溫環(huán)境的要求。太陽輻照會造成在外層空間運行的衛(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解決。低溫環(huán)境的形成來自大自然和低溫推進劑。飛機在同溫層以亞音速飛行時表面溫度會降到-50C左右，極圈以內(nèi)各地域的嚴冬會使機場環(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（沸點為-183℃）和液氫（沸點為-253℃）作推進劑，這為材料提出了更嚴峻的環(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變脆。通過發(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題。 [1] 

3．耐老化和耐腐蝕

各種介質(zhì)和大氣環(huán)境對材料的作用表現(xiàn)為腐蝕和老化。航空航天材料接觸的介質(zhì)是飛機用燃料（如汽油、煤油）、火箭用推進劑（如濃硝酸、肼類）和各種潤滑劑、液壓油等。其中多數(shù)對金屬和非金屬材料都有強烈的腐蝕作用或溶脹作用。在大氣中受太陽的輻照、風雨的侵蝕以及地下潮濕環(huán)境中長期貯存時產(chǎn)生的霉菌會加速高分子材料的老化過程。耐腐蝕性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料應該具備的良好特性。 [1] 

4．適應空間環(huán)境

空問環(huán)境對材料的作用主要表現(xiàn)為高真空（1.33×10-oPa）和宇宙射線輻照的影響。金屬材料在高真空下互相接觸時，由于表面被高真空環(huán)境所凈化而加速了分子擴散過程，出現(xiàn)“冷焊"現(xiàn)象；非金屬材料在高真空和宇宙射線輻照下會加速揮發(fā)和老化，有時這種現(xiàn)象會使光學鏡頭因揮發(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地面模擬試驗來選擇和發(fā)展的，以求適應于空間環(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到絕對可靠的安全壽命，被認為是飛行器設(shè)計的奮斗目標。對于或運載火箭等短時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度并保證安全，對于金屬材料已經(jīng)使用“損傷容限設(shè)計原則"。這就要求材料不但具有高的比強度，而且還要有高的斷裂韌性。在模擬使用的條件下測定出材料的裂紋起始壽命和裂紋的擴展速率等數(shù)據(jù)，并計算出允許的裂紋長度和相應的壽命，以此作為設(shè)計、生產(chǎn)和使用的重要依據(jù)。對于有機非金屬材料則要求進行自然老化和人工加速老化試驗，確定其壽命的保險期。復合材料的破損模式、壽命和安全也是一項重要的研究課題。 [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、高溫耐蝕

航空產(chǎn)品特殊的工作環(huán)境對航空材料提出“輕質(zhì)高強、高溫耐蝕"的特殊要求。航空工業(yè)有一句口號叫做“為每一克減重而奮斗"，反映了減重對于航空產(chǎn)品的重大經(jīng)濟意義。而且材料減重對飛機減重的貢獻也越來越大，所以輕質(zhì)高強是航空材料必須滿足的首要性能要求。“高溫耐蝕"的“高溫"是指航空材料要能耐受較高的工作溫度。對于機身材料，氣動力加熱效應使機身表面溫度升高，需要結(jié)構(gòu)材料具有好的高溫強度；對于發(fā)動機材料，要求渦輪盤和渦輪葉片材料要有好的高溫強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)良的飛機和發(fā)動機。航空產(chǎn)品的多樣性和小批量生產(chǎn)，導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。 [1] 

3．低成本航空材料

新型號的先進飛機價格不斷攀升，航空技術(shù)的國家和地區(qū)都先后對航空產(chǎn)品提出了“買得起"的要求。而材料在航空產(chǎn)品的成本和價格構(gòu)成中占有相當份額，所以科學地選材和努力發(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使用壽命極為重要，是航空航天材料研究不斷追求的目標。

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)以提高飛行器機動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)能增強坦克、裝甲車、飛機、軍艦及步兵的夜戰(zhàn)能力，紅外成像制導技術(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)的激光測距和火控系統(tǒng)等可使靈活作戰(zhàn)能力大大加強。 [1] 

3. 復合化

復合化已成為新材料的屯要發(fā)展趨勢之一。業(yè)內(nèi)專家指出，航空復合材料未來20~30年將迎來新的發(fā)展時期，甚至引發(fā)航空產(chǎn)業(yè)鏈的革命性變革，包括設(shè)計理念的創(chuàng)新和設(shè)計團隊知識的更新，航空產(chǎn)品供應鏈的戰(zhàn)略性改變，新型復合材料技術(shù)不斷出現(xiàn)（如混雜復合技術(shù)、源于自然界中珍珠貝殼結(jié)構(gòu)后發(fā)的仿生復合技術(shù)），以及對航空維修業(yè)提出的挑戰(zhàn)。復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。國外衛(wèi)星、戰(zhàn)略及固體火箭發(fā)動機的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料幾乎已經(jīng)復合材料化。 [1] 

4. 智能化

智能化是航空航天材料重要發(fā)展趨勢之一。智能復合材料將復合材料技術(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)動器）聯(lián)成一個回路，通過埋置在復合材料內(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微處理器進行處理并做出判斷，向功能驅(qū)動器發(fā)出指令信號；而功能驅(qū)動器可根據(jù)指令信號的性質(zhì)和大小進行相應的調(diào)節(jié)，使構(gòu)件適應有關(guān)變化。整個過程*自動化，從而實現(xiàn)自檢測、自診斷、自調(diào)節(jié)、自恢復、自保護等多種特殊功能。智能復合材料是傳感技術(shù)、計算機技術(shù)與材料科學交叉融合的產(chǎn)物，存在許多領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應用前景，例如飛機的智能蒙皮與自適應機翼就是由智能復合材料構(gòu)成的一種的智能結(jié)構(gòu)。 [1] 

5. 低成本

航空航天村料從過去中純追求高性能發(fā)展到今天綜合考慮性能與價格的平衡，低成本化貫穿材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、檢測評價以及維護維修等全過程。對碳纖維復合材料而言，其制造成本在整個成本中占有相當大的比例；因此，對其低成本制造技術(shù)應投入足夠關(guān)注。各種低成本制造技術(shù)發(fā)展很快，尤其是以樹脂傳遞成型(RTM)為代表的液體成型技術(shù)和以大型復雜構(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重要發(fā)展趨勢。材料的低成本目標包括原材料、制備加工、監(jiān)測評價和維修等全過程。 [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，無污染，易回收。

7．材料的計算設(shè)計和模擬仿真

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，為適應材料科學的創(chuàng)新，發(fā)展了材料的計算設(shè)計和數(shù)值模擬技術(shù)。