材料学伴随着座舱盖发展的始终,在数十年的更新迭代中经历了从简单到复杂的转化。
早期的座舱盖采用无机玻璃,只具备基本的挡风功能,并暴露出重量大、易碎且工艺性能较差等方面缺陷。随后,被“气泡式”座舱盖取代。
化学工业发展催生出新材料,以丙烯酸酯和聚碳酸酯为代表的高分子透明材料逐渐成为座舱盖材料的主力军。丙烯酸酯具有重量轻、透光性好等特点,在同等强度下,其重量仅为传统无机玻璃的一半。
然而,随着战机进入超声速时代,高速气流与机身摩擦产生的温度高达110℃,对于热变形温度为104℃的丙烯酸酯类材料来说,其耐温性不足的问题很快暴露出来。
聚碳酸酯就是为了解决这一问题诞生的,其热变形温度可达130℃,韧性也极大增强,防鸟撞击能力突出。但聚碳酸酯工艺复杂、加工难度大,对后期保养提出很高要求。此外,聚碳酸酯耐磨性较差,容易被乙醇、汽油等溶解,这一问题也倒逼着设计师加快研发新产品。
如何取长补短实现材料升级?
美国战机的座舱盖由丙烯酸酯和聚碳酸酯压叠而成,在两层丙烯酸酯中间夹一层聚碳酸酯,设计成“三明治”的结构,综合了前者重量轻、透光性好,后者强度高、耐冲击的优点,在先进战机上得到广泛应用。俄罗斯则另辟蹊径,持续升级丙烯酸酯材料,研制出一种名为聚氟代丙烯酸酯的材料,新材料可以耐180℃高温,大幅简化了加工工艺。
不过,无论哪种方案,都存在一定缺陷,如易刮伤、易被有机溶剂腐蚀等。意外的是,这些缺陷恰恰是无机玻璃具备的优势。
像是进入时空轮回,俄罗斯以无机玻璃为原材料,研制出第四代座舱盖材料——特种硅酸盐玻璃,并装备在某新型隐身战机上。这种材料耐高温性极强,防鸟撞击能力突出,未来还将运用到俄空军多型战机上。此外,为了提升战机座舱盖的隐身性,设计师采用氧化铟锡膜等材料,在舱盖上涂上透明导电薄膜,将雷达波阻挡在座舱外,防止座舱内飞行员以及仪表盘等部件反射雷达波。
科技进步永不停歇,座舱盖发展日新月异。未来,随着更多先进材料投入使用,战机座舱盖不断升级改进,也许“气泡式”座舱盖很快成为历史,新的座舱盖将会展现出更加先进、更加可靠的新面貌,成为飞行员的新一代“金钟罩”。