复合材料在航空战机上的应用

复合材料在改善飞机机体结构，降低结构重量，提高隐身能力等多个方面有着自己特有的贡献。而这些复合材料多数都是碳纤维和树脂、金属、陶瓷等复合制成的结构材料。碳纤维增强材料是复合材料领域的一个标志性产品，使得复合材料得以迈向高可用性和高强度方面大大的迈进了一步。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。这是发展国防军工以及国民经济的重要战略物资，属于技术高速密集型的关键核心材料。航空、航天、汽车、电子等等多个领域都使用了高性能碳纤维材料。碳纤维质量比金属铝还要轻，但是强度却比钢铁还要强，还耐腐蚀方便成型。所以一经推出，尤其是在航空航天制造领域取得了自己的一席之地。

美国F-35本身制造上就大量使用了这种高强度纤维材料。 尤其是在蒙皮和机翼结构和机体结构部件上，大量创造性的使用了碳纤维复合材料。 它所用的碳纤维复合材料已占全机总重量的1/4，占机翼重量的1/3。 可以说F-35减重上，碳纤维的功劳首屈一指。 就是建造较早的F-22实际使用碳纤维比例也高达20%，这不得不说谁掌握了高强度的碳纤维加工技术，谁就等于掌握了四代机结构核心。

中国战机在复合材料应用上，几十年以来一直是比较落后的，二代机时代，歼7和歼-8基本没有啥复合材料，假如有的话，那都很容易数出来，飞机雷达罩，垂尾玻璃钢天线罩，还有平尾和方向舵的玻璃钢蜂窝。

到了三代机时代，本来苏-27战斗机也没有啥复材，位置和歼-7 歼-8差不多，比例也不高，中国歼10战斗机就用了6%的复合材料，但是作为一款短平快，突出国产化的战斗机改型，沈飞的歼-11B就突然爆出了12%的高数据，主要增加的复材在发动机进气道还有飞机外侧机翼部分，这也是中国战斗机第一个尝试如此大型的碳纤维部件，长度在5米左右。

当然，使用碳纤维可以减重，但是这也带来了巨大的风险，外国供应商，这一款碳纤维也是军用和民用飞机通用的牌号，歼-11B批量没多久就遇到了波音和空客爆产新飞机，787和A380，几乎包圆了东丽的碳纤维，这时候，作为小小客户的歼-11B很快遇到大麻烦，那就等！

这其实还不是最大的麻烦，因为用量并不大，不管从外国哪里拐弯抹角总可以买到手，最大的麻烦在于制造，沈飞制造如此大面积的碳纤维复合材料零件，付出了很大的代价，由于缺乏经费，大部分购买的设备都是半自动的，而且很多零件还是全部手工铺层，工艺参数很敏感，稍有不慎就全部报废，这种麻烦在美国F22和F35研制过程中也有，日本F-2战斗机的复合材料机翼上也遇到这种麻烦，全世界必由之路。

背靠东丽公司的超强碳纤维研发制造实力，日本F2战斗机疯狂使用碳纤维，这就是好处，日本人甚至疯狂到，准备在F3重型隐身战斗机框架上使用，不管开裂，冲击和重载，继续血拼在作死的边缘。

中国复合材料最大的进步是，最近10多年，超强度烧钱，总算在2 3家稳定批量生产碳纤维原丝，规模最大，影响最大就是连云港的中复神鹰，主要是航空背景，为新型战斗机和民用飞机碳纤供货，威海光威也凑合，不过主要给航天供货。

目前能做的是T700和T800系列，上T1000或者T1100也不存在根本难度，目前T700基本够用了，存在的问题就是魔鬼般的细节： 我们国家研发的基体质量不行，树脂指标还是比外国渣，整个碳纤维产品线，大约会用到上百种材料，每一种材料都有一定的影响，不管咋样，最难的碳纤维原丝我们可以搞出来，剩下的有难度，都不算太难。

在材料和发动机使用上，成飞一直保持一种很审慎的态度，算是沈飞的小弟弟，歼11B使用超量碳纤维和太行发动机踩雷，也给成飞巨大的好处，经过一段时间稳定，晚了10年左右，成飞的歼10C和歼20也上了大量碳纤维，太行发动机最近几年也上了，而且还有推力矢量技术。

虽然沈飞在歼11B战斗机上有些冒险，但是技术探索总是好事，最近些年却看不到他们的朝气，简单来说，歼11上面没有提前进行推力矢量试验，这让人很郁闷，作为一款双发重型战斗机，试验推力矢量比较方便，安全系数更高，但是我们看到的是，成飞歼10B夺走了头筹！

FC-1，又叫JF-17，“枭龙”，是中方应巴基斯坦要求，给巴方研制的一款低成本的单发轻型3代机，一度被国内一些所谓的军事专家称为“准3代机”，直到这一说法被其总设计师杨伟直接否决（杨伟也是歼20的总设计师）。 既然是低成本战机，那么其在使用材料方面就要足够的“节俭”，一切以“够用就行”为标准，大量使用航空用的铝合金，尽量少用昂贵的钛合金和复合材料。 不过从另一方面讲，FC-1研制的时代（2004年左右），我国在军用复合材料方面的发展还比较落后，无论是质量还是产量都还不行，想用高点也不实际，即使是歼10战机，其复合材料使用比例也才6%左右。

不过随着时间的推移，国际主流战机的技术在进步，巴方对JF-17本身技术水平的要求也在提高。成飞对客户的态度是很好的，基本可以说“一切为了满足客户的需求”，所以早在原型机的第4架，JF-17就大改了气动设计、升级了航电系统，大量使用了很多即使是在当时国内也是很先进的技术，从而使JF-17真正的成为了一款成本低廉、性能优异的战机。巴方对其十分满意，而国内一度还兴起了“中国空军是否也应该装备几百架”的讨论。JF-17的第2次大的变化，就是其第Block3批次了，这一批次的战机将换装AESA有源相控阵雷达，以及配套升级的航电系统，其武器系统也有望进行升级，比如中国目前装备的最先进的格斗导弹PL-10（已经可以出口）。

而这一次，我们又看到了新的明显变化，那就是在其双座型号上，大面积的复合材料的使用。上图能清晰看到的是机身前部、中部和垂尾上的大面积绿色蒙皮，但如果你仔细看，就能在发现在其机翼处，存在着更大面积的绿色蒙皮。这一方面预示着JF-17又一次的技术升级，也预示着我国在军用复合材料方面的大发展。说起来，在歼20在原型机阶段，国内可批量生产的复合材料也只是刚刚达到了T700这种档次，而西方发达国家普遍已经可以使用T800档次了。好在这几年我国在复合材料技术领域发展很快，如今T800已经可以批量生产，而国内新型战机在复合材料的使用比例上也在明显增大。

大量复合材料的使用，可进一步减轻JF17战机的重量，提升隐身性能。而双座型的出现，不仅可以显著提高巴方在飞行员训练方面的便捷性和训练水平，还可以较大的提升对地打击能力，对巴方空军战斗力的提升是巨大的。

文章来源：材料＋

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