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復合材料在航空戰機上的套用

2024-08-10軍事

復合材料在改善飛機機體結構,降低結構重量,提高隱身能力等多個方面有著自己特有的貢獻。而這些復合材料多數都是碳纖維和樹脂、金屬、陶瓷等復合制成的結構材料。碳纖維增強材料是復合材料領域的一個標誌性產品,使得復合材料得以邁向高可用性和高強度方面大大的邁進了一步。

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。這是發展國防軍工以及國民經濟的重要戰略物資,屬於技術高速密集型的關鍵核心材料。航空、航天、汽車、電子等等多個領域都使用了高效能碳纖維材料。碳纖維品質比金屬鋁還要輕,但是強度卻比鋼鐵還要強,還耐腐蝕方便成型。所以一經推出,尤其是在航空航天制造領域取得了自己的一席之地。

美國F-35本身制造上就大量使用了這種高強度纖維材料。尤其是在蒙皮和機翼結構和機體結構部件上,大量創造性的使用了碳纖維復合材料。它所用的碳纖維復合材料已占全機總重量的1/4,占機翼重量的1/3。可以說F-35減重上,碳纖維的功勞首屈一指。就是建造較早的F-22實際使用碳纖維比例也高達20%,這不得不說誰掌握了高強度的碳纖維加工技術,誰就等於掌握了四代機結構核心。

中國戰機在復合材料套用上,幾十年以來一直是比較落後的,二代機時代,殲7和殲-8基本沒有啥復合材料,假如有的話,那都很容易數出來,飛機雷達罩,垂尾玻璃纖維天線罩,還有平尾和方向舵的玻璃纖維蜂窩。

到了三代機時代,本來蘇-27戰鬥機也沒有啥復材,位置和殲-7 殲-8差不多,比例也不高,中國殲10戰鬥機就用了6%的復合材料,但是作為一款短平快,突出國產化的戰鬥機改型,沈飛的殲-11B就突然爆出了12%的高數據,主要增加的復材在發動機進氣道還有飛機外側機翼部份,這也是中國戰鬥機第一個嘗試如此大型的碳纖維部件,長度在5公尺左右。

當然,使用碳纖維可以減重,但是這也帶來了巨大的風險,外國供應商,這一款碳纖維也是軍用和民航機通用的牌號,殲-11B批次沒多久就遇到了波音和空客爆產新飛機,787和A380,幾乎包圓了東麗的碳纖維,這時候,作為小小客戶的殲-11B很快遇到大麻煩,那就等!

這其實還不是最大的麻煩,因為用量並不大,不管從外國哪裏拐彎抹角總可以買到手,最大的麻煩在於制造,沈飛制造如此大面積的碳纖維復合材料零件,付出了很大的代價,由於缺乏經費,大部份購買的裝置都是半自動的,而且很多零件還是全部手工鋪層,工藝參數很敏感,稍有不慎就全部報廢,這種麻煩在美國F22和F35研制過程中也有,日本F-2戰鬥機的復合材料機翼上也遇到這種麻煩,全世界必由之路。

背靠東麗公司的超強碳纖維研發制造實力,日本F2戰鬥機瘋狂使用碳纖維,這就是好處,日本人甚至瘋狂到,準備在F3重型隱身戰鬥機框架上使用,不管開裂,沖擊和多載,繼續血拼在作死的邊緣。

中國復合材料最大的進步是,最近10多年,超強度燒錢,總算在2 3家穩定批次生產碳纖維原絲,規模最大,影響最大就是連雲港的中復神鷹,主要是航空背景,為新型戰鬥機和民航機碳纖供貨,威海光威也湊合,不過主要給航天供貨。

目前能做的是T700和T800系列,上T1000或者T1100也不存在根本難度,目前T700基本夠用了,存在的問題就是魔鬼般的細節:我們國家研發的基體品質不行,樹脂指標還是比外國差,整個碳纖維產品線,大約會用到上百種材料,每一種材料都有一定的影響,不管咋樣,最難的碳纖維原絲我們可以搞出來,剩下的有難度,都不算太難。

在材料和發動機使用上,成飛一直保持一種很審慎的態度,算是沈飛的小弟弟,殲11B使用超量碳纖維和太行發動機踩雷,也給成飛巨大的好處,經過一段時間穩定,晚了10年左右,成飛的殲10C和殲20也上了大量碳纖維,太行發動機最近幾年也上了,而且還有推力向量技術。

雖然沈飛在殲11B戰鬥機上有些冒險,但是技術探索總是好事,最近些年卻看不到他們的朝氣,簡單來說,殲11上面沒有提前進行推力向量試驗,這讓人很郁悶,作為一款雙發重型戰鬥機,試驗推力向量比較方便,安全系數更高,但是我們看到的是,成飛殲10B奪走了頭籌!

FC-1,又叫JF-17,「梟龍」,是中方應巴基史坦要求,給巴方研制的一款低成本的單發輕型3代機,一度被國內一些所謂的軍事專家稱為「準3代機」,直到這一說法被其總設計師楊偉直接否決(楊偉也是殲20的總設計師)。既然是低成本戰機,那麽其在使用材料方面就要足夠的「節儉」,一切以「夠用就行」為標準,大量使用航空用的鋁合金,盡量少用昂貴的鈦合金和復合材料。不過從另一方面講,FC-1研制的時代(2004年左右),中國在軍用復合材料方面的發展還比較落後,無論是品質還是產量都還不行,想用高點也不實際,即使是殲10戰機,其復合材料使用比例也才6%左右。

不過隨著時間的推移,國際主流戰機的技術在進步,巴方對JF-17本身技術水平的要求也在提高。成飛對客戶的態度是很好的,基本可以說「一切為了滿足客戶的需求」,所以早在原型機的第4架,JF-17就大改了氣動設計、升級了航電系統,大量使用了很多即使是在當時國內也是很先進的技術,從而使JF-17真正的成為了一款成本低廉、效能優異的戰機。巴方對其十分滿意,而國內一度還興起了「中國空軍是否也應該裝備幾百架」的討論。JF-17的第2次大的變化,就是其第Block3批次了,這一批次的戰機將換裝AESA有源相控陣雷達,以及配套升級的航電系統,其武器系統也有望進行升級,比如中國目前裝備的最先進的格鬥飛彈PL-10(已經可以出口)。

而這一次,我們又看到了新的明顯變化,那就是在其雙座型號上,大面積的復合材料的使用。上圖能清晰看到的是機身前部、中部和垂尾上的大面積綠色蒙皮,但如果你仔細看,就能在發現在其機翼處,存在著更大面積的綠色蒙皮。這一方面預示著JF-17又一次的技術升級,也預示著中國在軍用復合材料方面的大發展。說起來,在殲20在原型機階段,國內可批次生產的復合材料也只是剛剛達到了T700這種檔次,而西方已開發國家普遍已經可以使用T800檔次了。好在這幾年中國在復合材料技術領域發展很快,如今T800已經可以批次生產,而國內新型戰機在復合材料的使用比例上也在明顯增大。

不得不說,中方對巴方的態度可謂是真的好,因為至少從表面上看,這次的JF17的雙座型,在復合材料使用面積上,是明顯大於殲10C的。

大量復合材料的使用,可進一步減輕JF17戰機的重量,提升隱身效能。而雙座型的出現,不僅可以顯著提高巴方在飛行員訓練方面的便捷性和訓練水平,還可以較大的提升對地打擊能力,對巴方空軍戰鬥力的提升是巨大的。(文章來源:晨曦軍情、大水來)

文章來源:復材套用技術

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