五代機為何大面積使用複合材料?除了能隱身,還起到很關鍵作用

馮善智觀察 發佈 2020-02-28T20:40:10+00:00

一、複合材料的優點除了重量輕和降低雷達反射面積以外,五代機使用的複合材料還有很多優點。比如超音速巡航過程中產生的高溫,這是五代機和火箭都要面臨的問題。

五代戰機對隱身性能和超機動都有比較高的標準,傳統的金屬材質是無法勝任其要求的。所以能夠顯著降低重量與雷達反射面積的複合材料就成為了五代戰機的首選。

那麼我們看看俄羅斯對自己的蘇57都用了什麼樣的複合材料。

一、複合材料的優點

除了重量輕和降低雷達反射面積以外,五代機使用的複合材料還有很多優點。

比如超音速巡航過程中產生的高溫,這是五代機和火箭都要面臨的問題。可火箭多數都是一次性的,其安裝的複合材料只要保證唯一的那次使用不出問題就行。但五代機需要高頻率多次使用,那麼耐高溫耐操作就是基本要求。

蘇57使用的是NPP公司的熱安定型碳纖維材質,性能比俄羅斯火箭鼻錐部分的材質還要先進。

想必大家對戰鬥民族飛行員有很鮮明的印象,在惡劣的天氣中俄羅斯的民航飛行員以敢飛、準時、不殺之恩著稱。民航尚且如此,就更不要說戰鬥機飛行員了。

如果在惡劣天氣,特別是在天上有積雨雲的情況下飛行,飛機非常容易遭遇雷電。如果遭受雷擊,碳纖維會導電而且電阻比金屬大得多,所以會吸收大量雷電的能量,從而導致飛機結構受損。

俄羅斯航空材料研究院為蘇57研製了一種特殊的碳纖維複合材料,具體型號官方並沒有公布。這款材料具有高導電、高導熱性能,在不使用金屬網等傳統抗雷擊方法的情況下,讓飛機能夠抵抗雷擊,且每平方米可節省300到500克重量。

二、蘇霍伊的複合材料使用經驗

早在1997年蘇47首飛時,蘇霍伊就為其表面鋪設了超過90%的複合材料,當時成為了蘇47的宣傳噱頭。現在才明白原來是為了測試複合材料技術,為蘇57的使用打前站。

那個時候的製作工藝可不比現在。現在動輒用3D列印或者精密衝壓技術,按照飛機的結構製作出配套蒙皮,使用時直接安裝就可以了。以前這種技術還不成熟,每塊蒙皮都需要人工一點點磨合出來。

正是經歷了這樣的過程,讓NPP公司在製造蘇57蒙皮時得心應手。作為俄系五代機的代表,蘇57整體零件數只有蘇27的25%!這代表飛機表面是由多個整塊結構拼接而成,不僅減輕了後勤維修壓力,還具備出色的隱身整體設計。

而且蘇47裝備的複合材料還很特殊,用俄羅斯工程師自己的話講:這是一款很「智慧」的複合材質。

航空學中有個專業名詞叫「氣動發散」,是指機翼在高速飛行過程中發生扭曲度過大,從而造成翼尖過早失速的惱人問題。還有頻繁飛行中機身的某些部位出現應力長期堆積帶來的金屬結構疲勞等問題。

以上問題對於蘇47安裝的複合材料來說根本不存在,蘇47的機翼在任何時候都只彎曲而不扭曲,從而提升了氣動效率;並且應力位置不固定,不會出現機身金屬疲勞問題。

這種「智慧」型材質打造的機翼即使換裝在傳統戰機上也能提升性能。傳統非前掠機翼的氣動中心,在機翼的重心之後,因此一部分氣流要「浪費」在克服機翼扭轉上。

而「智慧」材質的機翼讓原本該被扭轉的機翼,被氣流自然地壓制回去。這樣一來,應該被「浪費」的氣流轉而可以用於提升飛機升力,等於變廢為寶。

目前沒有理由證明蘇57不會套用蘇47的優點,即使蘇47那充滿反人類設計的機翼,也從側面證明「智慧」型的複合材質是蘇57當之無愧的首選。

三、蘇57上的複合材質

蘇57還叫T50的時候,從並未上漆的原型機外觀上可以看出外層材料的分布。飛機表面採用了大量的複合材料,除了機身的主結構、機翼、進氣口的前緣耐熱段、制動器基座和垂尾主體為金屬外,外殼幾乎全由複合材料打造。

蘇57的總設計師曾說過:複合材料占全機重量的25%與表面積的70%,供應商主要為NPP公司和俄羅斯航空材料研究院,其中NPP公司是主要供應廠商。

NPP公司是俄羅斯科技玻璃研究院與航空材料研究院聯合成立的下屬企業,專門研製與生產非金屬材料,包括玻璃纖維、陶瓷、碳纖維等複合材料。尤其是俄國甚至歐洲的運載火箭的一些關鍵部位,比如碳纖維框架、整流罩等都是由NPP公司製造的。

而且這家公司通過打磨蘇47部件開發了一整條生產線,有能力對30平方米的大塊複合材料進行高精度加工。要知道複合材料的標準是表面誤差不得超過0.3毫米,在30平米的材料上進行這種標準操作,沒有過硬的能力是根本辦不到的。

關鍵字: