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                  我殲20復合材料使用率比F22低6% 隱身涂料卻進步1代

                  時間:2018-10-12 12:31來源:http://www.6236948.com 作者:電影票房網 點擊:
                  近日,有媒體公開了一組殲20的最新照片,此次公布的照片都是底漆狀態的殲20并且清晰度都比較高。此次曝光中的殲20戰機,在包括機身,機翼,垂尾,進氣口以及鴨翼部分都擁有明顯顏色不同的復合材料窗口。 有人可能會問,殲-20使用多少比例的復合材料? 現代隱

                   


                   
                   

                    近日,有媒體公開了一組殲20的最新照片,此次公布的照片都是底漆狀態的殲20并且清晰度都比較高。此次曝光中的殲20戰機,在包括機身,機翼,垂尾,進氣口以及鴨翼部分都擁有明顯顏色不同的復合材料窗口。

                    有人可能會問,殲-20使用多少比例的復合材料?

                    現代隱身戰機機身大量使用鈦合金等復合材料已經不是秘密。新型復合材料質量輕韌性高,對于提高現代隱身戰機的機動性和其他性能指標至關重要。美國F22機身復合材料使用率達到了26%左右。為了提高機翼性能,其機翼復合材料使用率高達95%左右,大量復合材料使用在提高戰機性能的同時,也致使改型戰機造價長期居高不下。

                   

                   

                    殲20作為一款性能最為先進五代隱身戰機,大量使用復合材料是毋庸置疑的,但具體使用多大比例沒有具體數據。據有關專家透露,殲20復合材料使用比率達到了20%左右。有人問為什么不使用更高比率的復合材料?其實這是一個復雜的系統工程,關乎復合材料制造,設計,制造等多個環節。所以戰機增加復合材料比例不是一件簡單的事。

                   

                   

                    專家指出,復合材料應用到戰機上,需要綜合考慮考慮復合材料結構性能的可設計性和結構成型與材料形成等。大家都說F22是溫室的戰機,對環境保養等要求非常高,就連機身材料填縫都是白銀制成的。這款戰機除了殺雞儆猴在敘利亞進行了反恐作戰實踐之外,至今也沒有經過大的實戰檢驗。一種復合材料制造使用可能涉及設計師、應力分析、材料和工藝、制造、質量控制、后勤保障工程師(可靠性、維護性和生存性)和成本估算師等,所以這是一個復雜的巨系統。我國在高端復合材料設計制造方面總體上還處于追趕的上升階段。目前我們在復合材料方面與國際先進水平還有差距。

                   

                   

                    所以殲20復合材料使用率能夠達到20%已經是一個很不錯的成就。復合材料使用率成為衡量未來戰機性能的一個重要指標,殲20以及未來戰機不斷加大新材料使用比率將是新趨勢。

                   

                    殲20使用了哪些復合材料?

                   

                    從殲20的照片,到處可見到基礎工業、裝備制造業水平、材料科學、電子科學等各個方面取得了質變的跡象和結論。

                    殲20采用的氣泡式整體座艙蓋,其材料是高分子聚碳酸酯材料。機身墨綠色,完全不同于三代機的黃皮機,是采用了復合材料和隱身涂料。發動機尾噴口采用了耐超高溫的羰基陶瓷與金屬整體復合材料。殲20機身比起T50無見任何外露式天線和光電雷達端口,保證隱形性能,這是采用了光電雷達在機身環形隱蔽布置,分布數據整體集合成像先進技術的特征,也是電子技術質變的一個特征。殲20機身極長,機內主承重梁必然采用了高強度、低重量、高難加工、需要N萬噸壓力成型機才能加工成型的鈦合金主梁。殲20氣動設計中巨量的風洞吹風和計算,則依賴于大型超級計算機。

                   

                    高性能碳纖維復合材料

                   

                    碳纖維復合材料在軍事航空領域到底有多么重要的作用呢?據悉,將復合材料應用在戰機機身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明顯的減重作用,大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能。數據顯示采用復合材料結構的前機身段,可比金屬結構減輕質量31.5%,減少零件61.5%,減少緊固件61.3%;復合材料垂直安定面可減輕質量32.24%。

                    美國第四代戰斗機F22采用了約24%的碳纖維復合材料,從而使該戰機具有超高音速巡航、超視距作戰、高機動性和隱身等特性。美國防部在“面向21世紀國防需求的材料研究”報告中強調,“到2020年,只有復合材料才有潛力使裝備獲得20-25%的性能提升”。

                    新型復合材料對軍用航空的有重要意義。據媒體報道,中復神鷹率先在國內建成了首條基于干噴濕紡工藝的碳纖維生產線,實現了連續穩定運行。其T800碳纖維生產線規模擴大到百噸級,有進一步擴大生產能力的潛力,屆時將真正實現中國高強度中等模量碳纖維的產業化生產,實現中國碳纖維行業的戰略破局。

                    殲20要達到超音速巡航,除了性能優異的大推力發動機外,使用碳纖維復合材料實施減重,也對性能指標的實現有極大的幫助。空重17噸的殲20戰斗機如果使用30%以上的復合材料,減輕的重量可以增加載油量或載彈量。

                   

                    新型碳陶復合材料

                   

                    據報道,中國已經在近幾年定型的戰機——包括殲20、殲10B、殲15上應用了新的碳陶復合材料剎車。這種基于碳-碳基礎上進行改性的新改進型材料,雖然是德國等西方國家在上世紀80-90年代率先展開研制的,但是至今主要應用在高檔汽車上,在飛機上實用化的,目前僅有中國一家。

                    戰斗機降落時是否需要放傘,一則是看剎車性能是否足夠——而材料則是最關鍵的一點;二則是取決于戰機運作能力的要求,以及使用成本之間的妥協。傳統的剎車材料分為三代,第一代主要是石棉塑料/鑄鐵,第二代主要是粉末合金鋼材,第三代則是碳-碳剎車。

                    這幾代材料中,最關鍵的性能提升在于能在更承受更高的溫度而不會出現制動性能下降甚至全面喪失的情況;比如第一代材料做的剎車,其高溫區域溫度最高只能達到200-250度,到了碳-碳剎車時就達到700度了。

                    但是碳-碳剎車并非全無缺陷。首先是高溫下,碳-碳結構易于被氧化,在370度上就會開始發生。因此從上世紀80-90年代開始,利用高溫抗氧化的陶瓷材料對碳-碳材料進行改良,利用陶瓷阻斷碳的氧化過程,就成了一個很有潛力的發展方向——雖然最初它更多是應用于高超聲速飛行器的隔熱耐熱防護。

                    由于碳化硅陶瓷由于制取相對容易,而且它隨著溫度而膨脹收縮的特性又與碳-碳材料十分匹配,因此它成了一個非常熱門而且福有實用化潛力的發展方向。比如美國X-38飛行器的鼻錐就是用碳化硅陶瓷改性的碳-碳材料做的。

                    而在做剎車材料時,碳-碳材料的另一個缺點是靜摩擦系數不高,而且比較愛吸潮,一旦處于濕態摩擦系數就衰減嚴重,制動性能會有很明顯的下降。而在引入一定數量的碳化硅這樣的硬質材料作為基體的一部分以后,剎車對于包括水分、油分、霉菌等外界環境介質的敏感性急劇下降了。

                    碳-陶剎車在飛機上的實用化,主要是在引入碳化硅的過程中,對于硅的殘留量很難把握;因此在剎車表面溫度最高能達到1200度以上的情況下,有可能因為硅的融化導致摩擦性能不穩定——甚至摩擦失效、完全喪失制動能力。

                    根據國內的報道,國內目前已經解決了硅殘留問題等重大技術難關。利用碳化硅改良碳-碳剎車的碳陶剎車,靜摩擦系數高1-2倍,濕態下的摩擦性能衰減只有原來的40%,使用壽命能達到原來1-2倍。而且由于碳沉積等工藝上的不同,新的碳陶剎車在性能更好的同時,更易于生產且更便宜。其生產周期只有原來的1/3,價格只有原來的2/3。

                   

                    殲20服役后隱身涂料進步一代

                   

                    隱身涂料發展到今天已經是第三代了,第一代隱身涂料是黑色,第二代是銀灰色,或者黑灰色。第三代是銀白色,或者白色。這種涂料可以直接噴涂覆蓋機身形成一種納米隱形鍍膜層,強度和韌性遠超鐵氧體材料。現在殲20也采用了淺色調新型隱形涂料。關于隱身涂料有個說法就是顏色越淺技術越先進。殲20的在研制過程中,隱身涂料的研發腳步也沒有停止。

                   

                   

                    殲20的出現,并不僅僅是中國戰機的一個里程碑,更是中國整個基礎工業、裝備制造業、材料科學、電子科學等各個相關領域的一個重大突破。殲20要想在未來實現超音速巡航性能,除了大推力發動機以外,必須還要使用復合材料為戰機減重,這在中國缺乏大功率發動機的現實下,具有很大意義。(作者署名:航空制造網)

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