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隐身飞机设计的奇怪之处:明明材料最强为何弃之不用?

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  要更好地回答这个问题,我们还是以F-22战斗机的设计特点为例。隐身飞机实际上需要从三个方面入手实现“隐身”,一是缩减飞机的雷达反射截面,二是降低飞机的红外辐射特征,三是控制飞机主动辐射电磁信号。前两个方面在很大程度上都与材料有关,而材料都涉及到材质与重量。

  飞机设计历来都有一个重要的原则,就是飞机要维持在空中飞行需要用升力克服飞机自身的重力,设计师们必须想方设法为飞机节省每一克的重量。而像F-22那样的新一代隐身飞机,一方面,需要安装各种先进而又复杂的任务设备,飞机的体积和重量都很大,F-22飞机的空重就有20吨,载油和挂载武器后,飞机的起飞重量已经达到37.893吨,支撑这种机体重量需要强劲的结构;另一方面,F-22飞机机动能力很强,特别是在大速度大过载机动的情况下,机身和各个操纵面会承载很大的气动力。这两方面的因素作用,对飞机机体及部件的结构强度提出很高的要求,在这种情况下,材料就显得尤为重要,既要有满足要求的结构强度,又有尽可能轻的结构重量,这两者的平衡是一个困难的决策问题。

  为了达成某种平衡,飞机的某些部件通常会选择复合材料。就F-22飞机而言,以高强度著称的钛64合金占36%,热机械疲劳性能更好的钛62222合金占3%,热固性复合材料占24%,抗损毁性好的热塑性复合材料占1%,铝材料占16%,钢材料占6%,其他材料占14%。这些材料会根据结构强度特点和需要,使用在机身的不同部位。前机身结构主要是铝和复合材料;中机身结构主要是钛、铝和复合材料;后机身结构67%为钛合金,22%为铝合金,11%为复合材料。为了达到降低F-22飞机雷达反射特性的要求,在制造中不仅会选择结构件的材质,而且还会在结构件的表面按特定的排列方式钻出很多成形的小孔,形成对电磁波的散射作用。因此,对隐身飞机的制造来说,选择满足强度要求的材料只是一个方面,在满足强度及重量要求的前提下,能够降低雷达反射特性的先进制造技术才是关键所在。

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