揭秘 | 歼20终于列装解放军!这一大国重器使用了哪些神秘材料呢?

摘要: 从2016年珠海航展上的惊鸿一瞥,到今年朱日和沙场阅兵场上,首次以三机编队的形式接受检阅,歼20在公众间的关注热度,一直不减。27日,国防部发言人吴谦在记者招待会上宣布,中国的隐形战斗机歼20已经正式列装部队了。


导读


    朱日和沙场阅兵场上,震撼亮相的歼20,大家一定都还记得。



    从2016年珠海航展上的惊鸿一瞥,到今年朱日和沙场阅兵场上,首次以三机编队的形式接受检阅,歼20在公众间的关注热度,一直不减。


    27日,这一重型隐形战斗机又迎来一个好消息。国防部发言人吴谦在记者招待会上宣布,中国的隐形战斗机歼20已经正式列装部队了,这意味着,中国空军正式跨过了“四代机”门槛。

    

门槛


    

    铺天盖地,媒体都在强调“四代机”门槛,这个门槛到底有多重要?跟美国的F22/F35战机,又有什么差别?


    我国国产车的发展的历程或许是个好例子。大家都知道,早先我我们的国产车性能不太优,比不上国外的豪车,但是真要在市内跑起来呢,其实差距也不是太大。最关键一点,这是坐在汽车里了,不再像以前在风雨里蹬三轮了。


    歼20跟美国的F22/F35相比,也是这个道理。两者可能还有差距,但这是汽车跟汽车之间的差别,再也不是汽车跟三轮车之间的差别了。


    当然,作比较不是最终目的,最终目的是实战能力。歼20最大的优势,就是可以依据自己军事战略需求,来确定未来战争形式。换句话说,中国空军终于到了“想打什么战争造什么武器”的阶段了。


    一般来说,按照欧美国家的标准,第四代战斗机大约要符合:超机动性,超音速巡航,隐身性和至强战场感知能力。一言以蔽之:这架飞机不能光隐形,还得飞的够灵活,够快;再打个比方,它不是一个仅仅依靠自己眼睛和手脚的战士,而是一个有着百眼百手的巨人,只不过,出现的时候以一组手眼出现。


    从这个技术标准来看,四代机所取得的技术突破,必将改变未来空战的模式。许多流行了100多年的传统空战看家本领,很可能成为昨日黄花。如果拿着现在各国空军的主力三代机去跟他硬碰硬,最后恐怕只有被吊打的份。


   

国力


    新技术的突破,总是让人感到振奋。但如此的强大第四代战斗机,却不是轻易就能造得出来的。


    强大的国力必然是第一基础,此外,足够先进的科研能力,以及契合自主的国家军事战略都缺一不可。环顾世界,真正有能力研发隐形战斗机的国家,屈指可数。


    目前,美国有两款投入现役的隐形战斗机,一个是最新服役的F35,一个是10多年前就开始服役的F22。


    俄罗斯虽然早就公布了苏霍伊设计局的T50验证机,但却始终“只听楼梯响,不见人下来”,一口气拖了十几年,也没见太明显的改进。


    至于欧洲各国,虽然早前有了四五种隐形战斗机研发项目,但是在美国启动F35项目之后,纷纷无疾而终。至于这其中的微妙嘛,大家可以自己体会体会。


    当然也真就有不信邪的美国的小兄弟,比如日本。前段时间,日本在隐形战斗机上,没少下气力,不光去买了英国半途下马的隐形战机项目,还在去年搞出来了一个“心神”验证机。至于效果如何,大家可以自行搜索,岛叔就厚道一下,不多评价了。


    除了美国之外,各国的隐形战机之路为什么如此波折,不外是缺少了上面说过的三个条件。


    

转型


    说了这么久,歼20对中国的意义到底在哪里?


    作为一个有着自己价值观的大国,从本质上来说,中国在国际格局中贯彻自己国家意志,必须依靠强大的经济和政治实力。如果不想在价值观上屈从于人,那么就必须有足够的手段来维护之,军事力量显然是其中不可或缺的一环。事实上,海湾战争以来的历次局部战争,都告诉我们,现代化战争中,强大的空军可以起到决定性作用。


    目前国际关系格局之下,不想看见中国坚持自己独特价值观的国家,不在少数。对这些国家来说,他们注定不可能帮助中国。当然理解中并且愿意提供帮助的人,也不是没有,只是目前他们基本处于有心无力的状态。所以中国必须建设一支具有世界一流水平的空军,在这一方面,只能靠自己。


    所以说,中国自主研发制造的第四代战斗机歼20的列装意义,究竟有多重大,大家应该已经明白了。它的出现明确的标志着,中国空军真正开始了从“国土防空”向“攻防兼备”转型的步伐,也是中国综合国力具体物化的标志之一。


    

空间


    当然,质疑的声音同样存在。从它开始出现在在一小部分军迷的视线中的时候,不少人就一边称呼它为“黑丝带”(机体黑色,四代机的谐音),质疑它是否够得上前面提到的那四个标准。


    公允地说,这些质疑有一定道理,但也不必过于纠结。


    从现实的角度来看,未来它还有相当的改进空间,但最终彻底实现“四代”标准应当不是难事。最重要的是,目前的歼20足以满足我们在一定范围内的需求。


    从技术上来看,目前歼20虽然正式列装了,但如果严格按照那四个标准来看,还有许多的不足。比如在隐身性方面,就存在不少争论。仅仅从形体角度观察,为了迁就发动机的安装,尾部雷达的可视性,就明显不如美国的两款。此外,老短板发动机又一次拖了后腿。当然,这有历史因素,初期的歼20原型机使用了俄制发动机,而且无法实现超音速巡航功能。


    那么,有值得乐观的部分吗?有的。能够实现“战场感知能力”的航电设备,目前的表现就很不错。但居安思危,我们也得想到,仅仅靠飞机的电子设备硬件达标,这是远远不够的。


    百眼百手巨人之所以强大,不光是有眼睛和手脚,还必须有一个强大的身体。为了确保战机的强大感知能力,除了战机本身的机载相控阵雷达要足够强大之外,还要有相应的预警机、卫星通讯链路、地面雷达等装备。在强大的指挥自动化系统协调之下,通过高速和强加密、抗干扰的数据链接融为一体。在这方面,我们仍然需要通过科研和训练逐渐去试验和摸索。



结论


    但是不管怎么说,歼20的强大是一个事实。局部指标的不足,暂时可以通过合理的使用和战术,甚至发挥整个体统的长处去填补短处。



  

关于歼20

    总体设计 :从已经公布的照片来看,歼-20是一架“大”飞机,整体尺寸和美国的F-111战斗轰炸机接近。这意味着它在与敌机空战之外,还能扮演对地、对海攻击的角色。


    气动外形:首先,歼-20采用鸭式布局 配合全动尾翼,显示出设计者对操纵性和机动能力的重视。其次,该机的主翼后掠角大于43度,超音速下的飞行性能因此受益。第三,它的进气道尺寸较美国的F-22更大,同时具有和F-35近似的“鼓包”设计,提高了效率。


    隐身能力:歼-20的设计思路与F-22基本一致,特别重视对X波段雷达 的隐身能力,其实际表现有望超过F-35和俄罗斯的T-50。值得注意的是,歼-20的发动机喷口设计得不够理想,是明显的雷达反射源,这一缺陷今后会逐步得到弥补。


    航程:得益于更大的机身,歼-20理论上能装载更多燃油,这有助于延长它的超音速巡航时间,赋予其大约1800公里的作战半径。


    发动机:考虑到中国的国产发动机尚不成熟,有人猜测歼-20目前使用的是俄罗斯提供的发动机。事实上,动力不足是困扰该机的最大瓶颈,可能导致其无法达到预期的性能指标。


    雷达及电子设备:第四代战机必须配备先进的主动相控阵雷达 和精密被动探测设备,外界眼下还无法掌握中国在这方面的进展情况。当歼-20进入批量生产阶段后,这些设备有望逐步投入使用;另外,俄罗斯也在试制具备兼容性的同类硬件。

    武器:和F-22相同,歼-20主要利用内部武器舱携带弹药。除了各种空对空导弹 外,该机在执行空对面打击任务时,还可以携带中国自制的“雷霆”、“飞腾”、“雷石”系列精确制导炸弹 。歼20参数〔推测值〕空重:20吨。战斗全重:45吨。燃油:15吨。最大起飞重量:37吨。武器装载能力:10-15吨。机身长:23米。 翼展:13米。 最大飞行速度:2马赫。 最大飞行高度:30000米。 航程:8000公里,经过一次空中加油,可达12000公里。  主要武器:霹雳21组合动力空空导弹 ,霹雳12激光制导导弹 ,霹雳10雷达制导导弹,霹雳8红外制导导弹,多用途精确制导武器 ,自由落体炸弹等。 飞行员:1人 。最大过载:10G。雷达反射面积:0.05平方米。红外信号强度:预计和F-22相当。预计5-8年后进行实战部署,首先会部署于江南、沿海一代,特别是海军航空兵部队。


    这一大国重器使用了哪些材料?尤其是使用了哪些新型的神秘材料?


    我们从歼20照片的细致分析,到处可见到基础工业、装备制造业水平、材料科学、电子科学等各个方面取得了质变的迹象和结论。歼20采用的气泡式整体座舱盖,目前除了美国只有中国实现,其材料是高分子聚碳酸酯材料。机身墨绿色,完全不同于三代机的黄皮机,是采用了复合材料和隐身涂料,其中包括暂时时间上领先于美国的反无源探测“吸波隐形涂料”。发动机尾喷口(注意白色尾喷口的2001号原型机,而非黑色尾喷口的2001号原型机。备注:也即2001号原型机有两架,采用了不同的发动机),采用了耐超高温的羰基陶瓷与金属整体复合材料。歼20机身比起T50无见任何外露式天线和光电雷达端口,保证隐形性能,这至少是采用了光电雷达在机身环形隐蔽布置,分布数据整体集合成像先进技术的特征,也是电子技术质变的一个特征。歼20机身极长,机内主承重梁必然采用了高强度、低重量、高难加工、需要N万吨压力成型机才能加工成型的钛合金主梁。歼20气动设计中巨量的风洞吹风和计算,则依赖于大型超级计算机。由此种种迹象,可以确定,歼20的出现,并不仅仅是成飞公司或是611所或132厂的一个里程碑,而是中国整个基础工业、装备制造业、材料科学、电子科学等各个相关领域的一个重大突破。歼20要想在未来实现超音速巡航性能,除了大推力发动机以外,必须还要使用碳纤维材料为战机减重,特别是,这在中国缺乏大功率发动机的现实下,具有很大意义。


   

那么,这一大国重器使用了哪些新型神秘材料?小编汇总如下,如有不妥,望海涵,并指正。

    

   高性能碳纤维复合材料


    那么碳纤维复合材料在军事航空领域到底有多么重要的作用呢?据消息称,国外将复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。


    据悉,美国第四代战斗机F22采用了约24%的碳纤维复合材料,从而使该战机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。而据外媒报道,F-35战机首飞时间一推再推,其中很重要的一个原因就是超重。为破解这一难题,洛?马公司采用多达35%的碳纤维复合材料才大幅降低了机体重量。美国防部在“面向21世纪国防需求的材料研究”报告中强调,“到2020年,只有复合材料才有潜力使装备获得20-25%的性能提升”。


    对于新型复合材料的发展趋势和其对军用航空的重要意义,中国都相当重视,但是碍于西方垄断技术和产品,中国只有埋头自主研发。功夫不负有心人,现在终于具备了一定的生产能力,而不用再受技术大国卡脖子了。近期媒体报道称中复神鹰率先在国内建成了首条基于干喷湿纺工艺的碳纤维生产线,实现了连续稳定运行。其T800碳纤维生产线规模扩大到百吨级,有进一步扩大生产能力的潜力,届时将真正实现中国高强度中等模量碳纤维的产业化生产,实现中国碳纤维行业的战略破局。


    实际上中国的四代机歼20和歼31要想达到四代机超音速巡航问题,除了性能优异的大推力发动机外,如果使用碳纤维复合材料实施减重,也对性能指标的实现有极大的帮助。而在中国自主发动机的缺陷尚未有效解决的前提下,其重要性尤其得到体现。空重17吨的歼20战斗机如果使用30%以上的复合材料,减轻的重量可以增加载油量或载弹量。按现在碳纤维复合材料的产能规模算,如果每架歼20用30%的碳纤维复合材料部件(约合5吨),那么中复神鹰年产100吨复合材料,可以支持歼20每年生产至少20架。


    新型碳陶复合材料


    根据一些最近公开的报道和论文披露,中国已经在近几年定型的战机——包括歼20、歼10B、歼15上应用了新的碳陶复合材料刹车。这种基于碳-碳基础上进行改性的新改进型材料,虽然是德国等西方国家在上世纪80-90年代率先展开研制的,但是至今主要应用在高档汽车上,在飞机上实用化的,目前仅有中国一家。


    

    图:歼20的刹车就是碳-陶材料的


    战斗机降落时是否需要放伞,一则是看刹车性能是否足够——而材料则是最关键的一点;二则是取决于战机运作能力的要求,以及使用成本之间的妥协。传统的刹车材料分为三代,第一代主要是石棉塑料/铸铁,第二代主要是粉末合金钢材,第三代则是碳-碳刹车。


    这几代材料中,最关键的性能提升在于能在更承受更高的温度而不会出现制动性能下降甚至全面丧失的情况;比如第一代材料做的刹车,其高温区域温度最高只能达到200-250度,到了碳-碳刹车时就达到700度了。


    但是碳-碳刹车并非全无缺陷。首先是高温下,碳-碳结构易于被氧化,在370度上就会开始发生。因此从上世纪80-90年代开始,利用高温抗氧化的陶瓷材料对碳-碳材料进行改良,利用陶瓷阻断碳的氧化过程,就成了一个很有潜力的发展方向——虽然最初它更多是应用于高超声速飞行器的隔热耐热防护。


    由于碳化硅陶瓷由于制取相对容易,而且它随着温度而膨胀收缩的特性又与碳-碳材料十分匹配,因此它成了一个非常热门而且福有实用化潜力的发展方向。比如美国X-38飞行器的鼻锥就是用碳化硅陶瓷改性的碳-碳材料做的。


    而在做刹车材料时,碳-碳材料的另一个缺点是静摩擦系数不高,而且比较爱吸潮,一旦处于湿态摩擦系数就衰减严重,制动性能会有很明显的下降。而在引入一定数量的碳化硅这样的硬质材料作为基体的一部分以后,刹车对于包括水分、油分、霉菌等外界环境介质的敏感性急剧下降了。


    碳-陶刹车在飞机上的实用化,主要是在引入碳化硅的过程中,对于硅的残留量很难把握;因此在刹车表面温度最高能达到1200度以上的情况下,有可能因为硅的融化导致摩擦性能不稳定——甚至摩擦失效、完全丧失制动能力。


    根据国内的报道,国内目前已经解决了硅残留问题等重大技术难关。利用碳化硅改良碳-碳刹车的碳陶刹车,静摩擦系数高1-2倍,湿态下的摩擦性能衰减只有原来的40%,使用寿命能达到原来1-2倍。而且由于碳沉积等工艺上的不同,新的碳陶刹车在性能更好的同时,更易于生产且更便宜。其生产周期只有原来的1/3,价格只有原来的2/3。


   

歼20服役后隐身涂料进步一代


    随着歼20的正式服役,细心的网友可能发现了,关注歼20这么长时间,发现歼20的颜色越来越浅了。最初歼20的原型机出来的时候,全身漆黑。所以才被网友们亲切地称为“黑丝带”。不过后来的量产型颜色却变成了银灰色,快成了“白丝带”这是什么原因呢?


    隐身涂料发展到今天已经是第三代了,第一代隐身涂料是黑色,第二代是银灰色,或者黑灰色。第三代是银白色,或者白色。这种涂料可以直接喷涂覆盖机身形成一种纳米隐形镀膜层,强度和韧性远超铁氧体材料。现在歼20也采用了浅色调新型隐形涂料。关于隐身涂料有个说法就是颜色最浅技术越先进。歼20的在研制过程中,隐身涂料的研发脚步也没有停止。


    


   

稀有金属“铼”在航天以及航空发动机上的应用


    本年4月初,西班牙《调查我国》曾报导了一篇文章称,我国正在全球市场上活跃收购金属铼,可是,西方却开端为此忧虑,以为一旦我国把这种金属运用到航空或军机发动机范畴,那极有也许打破美欧长期以来对这一技能的独占。


    而铼作为一种稀有金属能够运用在航天以及航空发动机的制作方面。据有关音讯报导,全球已探明的金属铼约2300吨,首要散布在北美和欧洲。在我国,已探明的储量还不到240吨。


    而就在不久前,央视新闻发布了一条音讯,我国研发的专门为歼20量身定做的第五代WS-15发动机,将更换现装俄制发动机的歼-20战机,音讯一出,国人振作,阐明长期以来我国军机心脏病疑问得到有用处理。


    可是,在国内与欧美的发动机研发距离中,资料疑问带来的困惑程度,仅次于规划和技术技能水平的落后。这也是十分要害的要素。


    那么铼终究有多重要呢?


    (1)铼的强度十分高既健壮又难以开裂;即便是高温、急速冷却和激烈加热并带有激烈机械冲击和振荡的条件下,它也具有极佳的长期作业抵挡变形和开裂才能。


    (2)现阶段领先的航空发动机的镍基单晶资料叶片中,遍及富含3-7%以上的铼;每一次新的单晶涡轮叶片高温目标和寿数功能大幅度提高,背面都离不开铼的含量提高——包含这些年美国和日本替换改写的那些世界纪录。


    (3)铼矿首要散布在美洲和欧洲,挖掘和出售又绝大部分被美国所操控。而进入21世纪后,美国的新一代高功能发动机,开端大批量交给军事、民用航空的历史进程,两者的高度同步底子不是偶然。


    而我国在高温合金的开展上,尽管成分规划紧跟国外的开展脚步,现已开展到第四代单晶;可是因为铼资本严峻缺少,实践批量出产商品遭到的约束比美国远远大得多的多。太行、涡扇20、涡扇15等发动机的功能和寿数,无不受限于这一疑问。因而,我国才不得不活跃的在全球市场上收购金属铼。不过我国也有一种资料资本,美欧等国想要制作领先战机、激光制导导弹及航母弹射器等简直彻底需求依靠从我国进口,那就是稀土。现在,这一资本我国全球储量榜首,假如没有我国的稀土,这些高科技兵器的出产底子也无从谈起。



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