蘇57戰(zhàn)機(jī)上的新型復(fù)合材料

曉昀

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蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)是俄聯(lián)邦“聯(lián)合航空”制造公司旗下“蘇霍伊”航空集團(tuán)主導(dǎo)和研發(fā)的高性能多用途戰(zhàn)機(jī),，是一款具有隱身能力的雙引擎多用途第五代制空及對(duì)地戰(zhàn)機(jī)，也是俄羅斯的首架隱形戰(zhàn)機(jī),。蘇-57是俄羅斯多年來(lái)先進(jìn)科研成果的集大成者,，從蘇57戰(zhàn)機(jī)上可以看到先進(jìn)的工藝,、材料及結(jié)構(gòu)等。以下就讓我們來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下蘇57戰(zhàn)機(jī)上使用的新型復(fù)合材料,。

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01/ 防雷擊納米隱身涂層復(fù)合材料

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蘇57飛機(jī)上使用了大量的復(fù)合材料,，除了機(jī)身骨架、機(jī)翼,、進(jìn)氣口的前緣耐熱段,、制動(dòng)器基座以及垂尾主體為金屬外，70%的機(jī)身蒙皮都由碳纖維復(fù)合材料打造,，復(fù)合材料零部件差不多占了機(jī)體總重量的25%,。這樣大規(guī)模的使用復(fù)材能夠有效地降低飛機(jī)重量，提升飛機(jī)性能,，但是由于復(fù)材導(dǎo)電性能比較差,，在遭受雷電襲擊的過(guò)程中會(huì)對(duì)飛機(jī)造成非常嚴(yán)重的損傷。圖1是飛機(jī)不同部位遭受雷擊的概率圖,。

從圖1中可以看出雷擊損傷區(qū)域主要分布在飛機(jī)雷達(dá)罩,、機(jī)身前段、發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙,、機(jī)翼翼尖,、水平安定面翼尖和升降舵尖部、垂直安定面和方向舵尖部,，以及機(jī)翼-機(jī)身整流罩等,，幾乎遍布整個(gè)機(jī)身。這意味著有效的防雷措施是飛機(jī)安全的重要保障,。

圖1 飛機(jī)遭雷擊部位圖

8 T3 L' h  r6 a% ]! |$ `3 V3 t傳統(tǒng)的防雷擊方法主要是使用金屬網(wǎng)或者在碳纖維表面加入金屬顆粒涂層,，由此來(lái)消散雷擊產(chǎn)生的高電流及熱量，但是這種方法不僅會(huì)增加飛機(jī)重量并且還會(huì)帶來(lái)新的腐蝕問(wèn)題,。為此全俄航空材料研究院特研發(fā)了一種新型的防雷電碳布結(jié)構(gòu)（MKY）,，該結(jié)構(gòu)由兩層碳布組成：一層是加入防雷擊納米涂層（МЗП）的0°和45°編織碳布，另一層就是單向普通碳布（見(jiàn)圖2）,。
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圖2 防雷擊納米隱身涂層復(fù)合材料

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明,，這種新型的防雷電碳布結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的添加銅絲網(wǎng)的防護(hù)方法相比雷擊創(chuàng)傷面積可從65m2降低到4m2；減重80-310克/m2 ,；避免了金屬和碳布之間的腐蝕問(wèn)題,；新型防雷電納米涂層碳布損壞之后還可修復(fù)，如果使用銅絲網(wǎng)就只能更換,。另外新型涂層還考慮到了飛機(jī)的隱身性能,。使用這種新型材料的蒙皮不會(huì)增加飛機(jī)的散射面積，蒙皮之間的連接處以及縫隙等都要填上高導(dǎo)電性的密封膠,，使得飛機(jī)表面平整均勻,，以保護(hù)飛機(jī)的低可探測(cè)性能,。

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圖3 在I=200kA,Q=20C下的三種碳纖維復(fù)材損壞情況對(duì)比

02/ 可通信復(fù)合材料

如今纖維復(fù)合材料已是未來(lái)打造新一代戰(zhàn)機(jī)必不可少的先進(jìn)材料,，但纖維復(fù)合材料在使用過(guò)程中的維護(hù)成本特別高,。據(jù)統(tǒng)計(jì)一架飛機(jī)的復(fù)材結(jié)構(gòu)檢修時(shí)間需要900小時(shí)左右�,？赏ㄐ艔�(fù)合材料即指在飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)埋設(shè)靈敏度高達(dá)0.001%的光纖網(wǎng)絡(luò),，當(dāng)結(jié)構(gòu)受損時(shí)，傳感器可以根據(jù)激光信號(hào)的變化,，判定損傷的位置,，評(píng)估剩余壽命，依據(jù)情況給予飛行員建議,。例如損傷較大時(shí),，建議飛行員趕快返航；嚴(yán)重?fù)p傷時(shí),，要求飛行員棄機(jī)逃生等,，這樣就能實(shí)時(shí)、持續(xù)地掌握飛機(jī)結(jié)構(gòu)狀況,。使用這種智能復(fù)材結(jié)構(gòu),，可使維護(hù)工作量減少數(shù)倍，內(nèi)埋光纖和傳感器增加的重量也不超過(guò)5-7公斤,。

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這種可通信復(fù)材結(jié)構(gòu)在多個(gè)國(guó)家已得到實(shí)際應(yīng)用,。在美國(guó)NASA早在2017年就規(guī)定飛機(jī)上的復(fù)材結(jié)構(gòu)必須要使用集成光纖傳感器，以便監(jiān)控飛機(jī)狀態(tài),。在俄羅斯這種智能復(fù)材結(jié)構(gòu)不僅用于戰(zhàn)斗機(jī)上而且民機(jī)上也有使用,。

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03/ 吸波防輻射耐沖擊復(fù)材玻璃

蘇-57早期艙蓋材料是采用了硅酸鹽玻璃，但是硅酸鹽玻璃與隱身鍍層存在黏附性的問(wèn)題,，會(huì)有粘不牢的情況,，并且制造過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)有毒物質(zhì)，成品率也較差,。

2019年俄羅斯奧姆寧斯克工藝研究所調(diào)整了傳統(tǒng)軍機(jī)玻璃的材料成分,，為蘇-57研制了一款新型整體聚碳酸酯材料的座艙蓋，艙蓋表面用磁控濺射鍍膜技術(shù)沉積以黃金和銦錫合金為主的專(zhuān)用多功能隱身涂層,。這種新型座艙蓋比原先減重約５０％,；吸收率從４０％提高到８０％；鍍膜與玻璃之間的黏著力比以往更強(qiáng),，因此該鍍膜在外部氣流猛烈沖擊下的耐磨損性更佳,。

為蘇-57專(zhuān)門(mén)量身定制的“玻璃座艙”能夠保護(hù)蘇-57機(jī)組不受電磁、紫外線,、紅外線輻射的影響,，甚至核爆炸所產(chǎn)生的光輻射,。此外，這種玻璃窗的抗撞擊性,、透光性均有所增強(qiáng),，有助于飛行員在外部光線昏暗的環(huán)境下具有更佳視覺(jué)。

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結(jié)語(yǔ)

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新材料產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Σ��?duì)未來(lái)發(fā)展有著巨大影響的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),。航空材料的進(jìn)步往往會(huì)促使裝備的更新?lián)Q代,。俄羅斯作為世界上領(lǐng)先的航空工業(yè)大國(guó)，近年來(lái)在新材料的研發(fā)和應(yīng)用上取得了一定的進(jìn)展,，這也是蘇-57戰(zhàn)機(jī)高性能的保障,。從蘇57上應(yīng)用的新材料我們可以看到以下趨勢(shì)：

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    1、碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)體的應(yīng)用不斷增加,。碳纖維復(fù)合材料良好的力學(xué)性能和不斷降低的生產(chǎn)成本促使該材料在飛機(jī)上的應(yīng)用不斷增加,，這種趨勢(shì)從近年來(lái)的軍機(jī)和民機(jī)上都能體現(xiàn)出來(lái)；

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    2,、具有多功能的新型復(fù)合材料是未來(lái)發(fā)展方向,。為了滿(mǎn)足新一代先進(jìn)飛機(jī)的高性能需求，復(fù)合材料從以前單純的滿(mǎn)足強(qiáng)度,、硬度,、韌性、塑性等力學(xué)性能需求的結(jié)構(gòu)材料向具有優(yōu)良的電,、磁,、光、熱,、聲,、力等性能的多功能材料發(fā)展，比如透波復(fù)合材料,、吸波復(fù)合材料,、紅外敏感復(fù)合材料、減震復(fù)合材料等,。

無(wú)畏的藍(lán)莓

學(xué)會(huì)了可以去造飛機(jī)嗎

小馬d

無(wú)畏的藍(lán)莓 發(fā)表于 2020-11-14 10:19
* p$ e) Y) E: ]3 B' t學(xué)會(huì)了可以去造飛機(jī)嗎

可以啊

遠(yuǎn)祥

新款的戰(zhàn)斗機(jī),，感覺(jué)很多國(guó)家都一樣