五代机为何大面积使用复合材料?除了能隐身,还起到很关键作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-24  来源:来自互联网  作者:来自互联网  浏览次数:382
导读

早在1997年,苏霍伊第一次飞行时就在su47的表面铺设了90%以上的复合材料,这成为当时su47的宣传噱头。现在我明白了,这是测试复合技术,为Su 57的使用开了个好头。即使苏47充满了反人类设计的翅…

五代战机的隐身性能和超机动性都有很高的标准,传统的金属材料也达不到要求。因此,能够显著降低重量和雷达反射面积的复合材料成为五代战斗机的首选。

所以让我们看看俄罗斯自己的SU57使用了什么样的复合材料。

一、复合材料的优点

第五代飞机使用的复合材料除了重量轻、雷达反射面积小外,还有很多优点。

例如,超音速巡航过程中产生的高温是五代飞机和火箭面临的问题。但大多数火箭都是一次性的,它们安装的复合材料只需要确保唯一的火箭可以毫无问题地使用。但五代机需要高频率、多用途,所以对温度和运行电阻的要求是基本的。

苏57采用了核电站的热定型碳纤维材料,比俄罗斯火箭鼻锥材料更先进。

我们必须对战斗机飞行员有一个非常清楚的印象。在恶劣的天气下,俄罗斯民航飞行员以敢于飞行、守时和不杀戮著称。民航业依然如此,更不用说战斗机飞行员了。

如果你在恶劣的天气下飞行,特别是天空中有积雨云时,飞机很容易遇到闪电。一旦发生雷击,碳纤维会导电,其电阻比金属电阻大得多,因此会吸收大量的雷击能量,对飞机结构造成损害。

俄罗斯航空材料研究院为苏57研制了一种特殊的碳纤维复合材料,具体型号尚未正式公布。这种材料具有高导电性和高导热性。在不使用金属网等传统防雷方法的情况下,这种飞机可以抵御雷击,每平方米可节省300至500克重量。

二、苏霍伊的复合材料使用经验

早在1997年,苏霍伊第一次飞行时就在su47的表面铺设了90%以上的复合材料,这成为当时su47的宣传噱头。现在我明白了,这是测试复合技术,为Su 57的使用开了个好头。

当时的生产工艺并不比现在好。现在很容易根据飞机的结构使用3D打印或精密冲压技术制作出匹配的蒙皮,可以直接安装。这种技术以前还不成熟。每个皮肤都需要一点手工磨合。

正是通过这样一个过程,NPP公司在生产SU57皮肤方面非常方便。作为俄罗斯系五代机的代表,苏57的零部件总数仅为苏27的25%!这意味着飞机表面由多个整体结构拼接而成,不仅降低了后勤维修的压力,而且具有出色的隐身整体设计。

此外,Su 47的复合材料非常特殊。用俄罗斯工程师的话说,这是一种非常“聪明”的复合材料。

航空学中有一个专业术语“气动发散”,是指在高速飞行过程中,机翼扭曲过大,导致翼尖过早失速的恼人问题。在飞机频繁飞行过程中,由于机身某些部位应力的长期积累,也存在金属结构疲劳等问题。

Su 47中安装的复合材料根本不存在上述问题。Su 47机翼在任何时候都只弯曲不扭曲,提高了气动效率;而且应力位置不固定,不会出现机身金属疲劳问题。

这种“智能”材料制成的机翼即使改装在传统战斗机上也能提高性能。传统的非前掠翼的气动中心位于机翼重心的后面,为了克服机翼的扭转,需要“浪费”部分气流。

由“智能”材料制成的机翼允许原本应该扭曲的机翼被气流自然压缩回来。这样,应该“浪费”的气流就可以用来提高飞机的升力,相当于变废为宝。

目前,没有理由证明苏57不会应用苏47的优势。即使苏47充满了反人类设计的翅膀,也证明了“智能”复合材料是苏57的首选。

三、苏57上的复合材质

当Su 57也被称为T50时,从未上漆原型的外观可以看出外部材料的分布。飞机表面使用了大量的复合材料。除了机身主体结构外,机翼、进气道前缘耐热段、刹车座和垂直尾体均采用金属制造,壳体几乎采用复合材料制造。

苏57的总设计师曾经说过:复合材料占飞机总重量的25%,表面积的70%。供应商主要是NPP公司和俄罗斯航空材料研究院,其中NPP公司是主要供应商。

NPP公司是俄罗斯科学技术院玻璃与航空材料研究所的下属公司,专业从事玻璃纤维、陶瓷、碳纤维等复合材料等非金属材料的研究与生产。特别是俄罗斯甚至欧洲运载火箭的一些关键部件,如碳纤维框架和整流罩,都是由核电站制造的。

此外,公司还开发了一条完整的生产线,对SU47零件进行磨削加工,具有高精度加工30平方米大型复合材料的能力。要知道复合材料的标准是表面误差不超过0.3mm。没有过硬的能力,不可能对30平方米的材料进行这一标准操作。

 
 
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