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中国第5代隐形机急需复合材料,歼-20需要突破这2大技术瓶颈

歼-20战斗机作为中国空军即将装备的第5代隐身多用途战斗机,其机身大量使用了先进的复合材料,据分析使用比例可能高达到42~51%,环氧树脂基复合材料和碳纤维替代了以往战斗机经常采用的传统钛合金和铝合金。这些复合材料的使用,离不开相关技术领域的突破,综合分析而言,中国目前还需要在很多方面加以改进,从而进一步提高战斗机的隐身性能。

中国第5代隐形机急需复合材料,歼-20需要突破这2大技术瓶颈

歼-20由于使用了复合材料,外表面非常光滑,没有任何多余的突起物。这其中主要归功于机体外表工艺,铆钉等都处理非常好,而且吸波材料涂层很厚,覆盖了铆钉等物件。另外就是运用了大面积复合材料外蒙皮一体化整体成型、组装技术,依照骨架外形用复合材料制造一整张大面积整体蒙皮,然后整体一次性覆盖、安装在骨架上,尽最大可能减少表面接缝,从而极大地提高了歼-20的隐身能力。但该技术难度非常高,目前世界上只有中美日俄法英德瑞芬等极少数几个国家掌握,中国能够跻身其中,表明中国5代机计划拥有了强有力的隐身能力支撑。

目前,中国军用复合材料还需要突破碳化工艺,使碳纤维强度和模量同时提升10%以上,从而达到第3代碳纤维的技术要求。这其中的技术难度不低,碳纤维同时获得高拉伸强度和高弹性模量的关键在于碳化过程中的热处理技术及高温设备,温度、牵伸、催化、磁场等许多因素都会影响纤维碳化后的性能。未来,中国应当更多利用传统的PAN溶液纺丝技术,精细控制碳化过程,在纳米尺度上改善碳纤维的微结构,对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制,从而使强度和弹性模量都得到大幅提升。如果中国战斗机使用的复合材料的拉伸强度能够达到6.6GPa,弹性模量达到324GPa,提高10%,那么中国第3种5代机型的隐身性能还能进一步提升。

中国第5代隐形机急需复合材料,歼-20需要突破这2大技术瓶颈

另外,中国军用复合材料也要突破原丝制备工艺,在保持碳纤维高强度同时,使弹性模量比现在的产品提升25%以上。中国复合材料近十年来一直停留在中等弹性模量水平,性能少有突破,必须开发以碳纤维为主的下一代结构纤维,而从原丝制备工艺就是其中的技术。如果中国能够利用PAN基碳纤维凝胶纺丝技术,将碳纤维拉伸强度提升至5.5~5.8GPa,拉伸弹性模量达354~375GPa,就能实现碳纤维高强度和最高模量组合,使中国具备与美国持平的第三代碳纤维产品的自主研发实力。

中国第5代隐形机急需复合材料,歼-20需要突破这2大技术瓶颈

这两个技术如果能够突破,那么中国的第三代碳纤维就能够应用到军用航空航天的高端产品之上,替代目前的第二代碳纤维产品,提高军用航天器和军用飞机的结构部件强度、刚度等综合性能。对于美国于2030年前后推出的第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机的计划,中国复合材料人就更有必要加紧研发,力争与美国同步应用第三代碳纤维技术,大幅提高中国战斗机的作战性能。

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