歼20的座舱盖为什么不是一体成型?
谢邀,这话说的有点绝对了。实际上歼-20的座舱的确是一体成型的座舱。
只不过要撸清楚歼-20的座舱的事情还会颇费周折——和弹射系统有那么一点点关系。
最早的时候我们的歼-20采用的是火箭助推的抛盖弹射方式。
从歼-20早期的设计上看在歼-20舱盖前部还是有两个白色的抛盖火箭存在的。这时候的舱盖是采用碳聚酯一体成型的厚舱盖。需要借助以抛盖的形式在弹射的时候将整个座舱舱盖分离,然后驾驶员可以弹射出去。
上图的弹射方式就是典型的抛盖弹射。
抛盖弹射要求的是飞行员弹射座椅和舱盖上的抛盖火箭一同启动,这样飞行员才不会撞到厚实的舱盖得以逃生。
因此最早我们看到的歼-20的2001和2002原型机其实都是采用抛盖弹射的,在座舱上是没有“分成两截”的设计的。
但是 由于我们的弹射系统做不到火箭同步弹射会有一个2秒左右的延迟,因此我们采用抛盖弹射的方式会导致飞机继续前进500-600米后飞行员才可以弹射出来,这样的安全系数就不够了。
歼20的座舱盖本来就是一体成型的,只是后来不知道什么原因,在这个一体成型的玻璃盖中间加了一道加强框而已。
其实在歼20刚面世的时候,座舱盖的设计明显参考了F22的一体化玻璃盖,看起来非常高大上。之后在后续的研发深入阶段,慢慢的这个一体化玻璃盖中间加了一道加强框,但玻璃盖还是一体成型的。
个人觉得,这应该是玻璃盖板的强度不足问题,在2001、2002试验机阶段,这个阶段主要是让歼20飞起来和做一些低强度的测试,因此没有问题,可是在这个阶段应该已经发现了玻璃舱盖强度问题,而在后续不得不加一个加强框进行加强。
当然可能还有另外一个原因,那就是歼20最初搞的是抛盖弹射,可这种弹射方式必须延迟2秒左右,而空中事故中2秒就能飞300~600米,尤其是未来歼20还强调超音速巡航能力,因此时间对歼20飞行员非常重要。于是在后期设计中换成了穿盖弹射系统。
穿盖弹射的问题需要穿越厚实的玻璃舱盖,这个就比较麻烦了,于是歼20又设计了导索被嵌入到座舱玻璃里面,让弹射反应时间更快,提高了飞行员的生存能力。可是却影响到一体化玻璃舱盖的强度,为弥补强度的损失就不得不加一个加强框了。
个人的解读并不一定正确,希望更专业的人员提出指正!
歼20座舱盖不是一体成型?请看下图便知分晓。
通过上图歼-20开启座舱盖我们可以明显看到 歼20座舱盖前部其实是增加了一个加强框设计,并非是传统三代机普遍使用的两片式座舱盖,而为一体化加强框结构,有别于美国F-22座舱盖的一体化无框结构。而事实上,从2001号、2002号验证机初次公开亮相开始,歼-20座舱盖便是采取类似于美国F-22一样的一体化无框结构,即俗称的水滴型座舱盖。无框座舱盖取消了前部隔框,整体如同一滴水珠,可令战机飞行员拥有一个全方位无死角视野,便于观察,具备很大的近距离格斗优势,但缺陷也很明显,首先它对材料要求高、造价昂贵,目前在世界上也只有美国的F22仍在采用此类设计。
战机的座舱盖在制造工艺和材料要求极为苛刻,既要具备透光性,又要兼顾遮光性,还要有轻质性、耐磨性、具备高强度抗冲击性能,并且要有很好的耐温、保温性能。传统的战斗机座舱盖,多使用多层有机玻璃机构,采用压力成型法制造,一层层的压制成一个整体,需6周时间,方能压制成型,耗时长,但工艺要求较低。注射成型法速度快,仅需一周时间,但工艺要求极高。 F-22的座舱盖使用注射成型法制造,将两种高分子材料(即内外两层采用了环境适应性好、强度较低、具有透光性的丙烯酸酯,中间的夹层采用了环境适应性稍逊、强度较高、具有耐温性的聚碳酸酯)一体化注射成型,实现两者优势互补,并且要实现层次分明、清晰、均匀,且强度高,工艺难度极大,人力、技术成本高,F22的一个座舱盖造价为40万美元,若要加上后期的金属镀膜和上框架组件,则可达到上百万美元。歼-20早期座舱盖制造工艺结构与F-22基本相同,同为多层复合材料的一体化无框结构即为丙烯酸酯和聚碳酸酯复合结构,采用注射成型法制造 ,目前仅有中美两国掌握此项先进工艺。但一体化无框座舱有一项明显的弊端,即为了保证整体强度需将座舱盖加厚加重,美国F-22战机舱盖顶部最薄的地方也有2公分,整个座舱盖的重量达500千克,这对一向讲究减重的战斗机而言显得矛盾。 直到歼-20的2011号原型机面世之时,不同于2001号验证机 其座舱盖已变为一体化加强框结构。在根本构造上仍是一体化成型的水滴式舱盖,但是在中部安装了加强框,在不影响飞行员视野前提下,有效提高了强度,因而可以大幅度降低座舱透明件风挡部位的厚度,降低整体重量。同时也在一定程度上减少了工艺制造和材料要求方面的难度,降低了制造成本。歼-20一体化加强框座舱由于增加了加强框设计,提高了强度,减少了厚度,可在舱盖顶部安置爆破索,紧急时刻可实现穿盖式弹射逃生。穿盖式弹射是舱盖爆裂和弹射同时进行的,先用舱盖上的爆破索将座舱盖切割破坏,然后用椅背穿盖而出,这就要求座舱盖不能太厚,同时要保证座舱盖的强度,这就需要有加强框设计。同时歼-20还配置了抛盖式弹射逃生系统,抛盖式弹射的时候需要等座舱盖抛出后才能弹射,有零点几秒的延时,这在某种特殊情况下对飞行员是致命的,但相对而言无爆破索产生碎片的伤害威胁。
图为歼-20舱盖顶部的爆破索:
F-22为使抛盖时间更短,在座舱盖前缘安装了小型的抛盖火箭,系统反应时间控制在0.3秒以下。
歼-20
为了缩短抛盖时间,增加飞行员逃生几率,也配置有抛盖弹射所需的小型抛盖火箭。
歼-20得益于一体化加强框座舱设计,可同时配置穿盖弹射和抛盖弹射两套逃生系统,可大幅提高飞行员紧急情况下的逃生几率。为飞行员逃生多提供了一项有效选择,避免危急时刻因一套弹射逃生系统失灵发生故障而导致飞行员牺牲的悲剧发生。而相较之下F-22因座舱加厚加重只配置了抛盖弹射系统,导致了曾经发生过这样的囧况:由于座舱盖系统失灵,也无法进行抛盖逃生,导致了飞行员被困在座舱长达五个小时之久,最后叫来了消防队员,用电锯的方式简单粗暴地锯开了座舱盖。也幸亏是在战机停靠机场的时候失灵,如果是在飞行故障弹射逃生时失灵,恐怕就不是飞行员被困,而是机毁人亡的惨剧了。
前车之覆、后车之鉴,美国新锐五代战机F-35在座舱盖设计上采取了与歼-20相同的一体化加强框结构,配置了穿盖爆破弹射系统:
所以,歼-20的座舱盖采用一体化加强框结构设计,是一项富有前瞻性、全面性的明智选择。也由此决定了我国歼-20在座舱盖设计方案从参考美国F-22到果断创新、实现弯道超车的跨越式发展。
其实这个问题你可以从此前歼20在央视一档节目中公开的数据可以得到最终答案,这就是我们的歼20一分钟52公里,这代表着中国的歼20具备超音速的战斗巡航能力,而这个能力其实也和升限以及最大飞行速度密切相关的,以歼20最快2.85马赫的速度来看,你想想这样的速度下会有什么情况发生?
你可以说是材料不过关,但吹老美F-22的也必须认识到它的最大飞行速度是多少,很多人推测以歼20战机2.85马赫速度,这基本上就超过了3万米的升限,在接近3马赫的飞行速度下,歼20会遇到与当年前苏联研发的双3战机米格25狐蝠一样的现实问题,这就是可怕的热量传导以及结构强度问题。
米格25解决的办法是加钢板和钛合金件补上的做法,那么中国的歼20靠的是什么?无外乎材料和结构设计,但前者占的比重会更大,毕竟你的结构强度设计的再好,也没办法彻底解决遇到的热传导,所以在歼20座舱盖的问题上,笔者倾向于在面对长时间高速飞行时为了加强结构所做出的改变,但这不代表中国的座舱一体成型技术差于美国。
歼-20战斗机是我国自行研制的一款第五代战斗机,这款战斗具备隐身能力,超音速巡航能力,超视距打击能力和超强的机动能力。世界上具备研制第五代战斗机的国家只有3个,包括美国,俄罗斯和中国,F-22A猛禽战斗机是世界上第一款第五代战斗机,这款战斗机的诞生建立了第五代战斗机的研制标准,而中国的歼-20战斗机就是一款符合第五代战斗机标准的型号。
战斗机的座舱盖采用整体设计是从美国的F-16战隼战斗机开始的,F-16战斗的座舱盖的视野开阔,但是研制整体座舱盖是要付出一定代价的,这就是座舱盖的厚度需要增加,这是因为没有内框的保护就全部依赖座舱盖本身的质量了。F-22A猛禽战斗机是世界上第二款采用整体座舱盖的机型,同样为了满足高速飞行状态下的抗冲击能力,F-22A猛禽战斗机的座舱盖不得不通过增加厚度来解决强度的问题。
我国研制的歼-20战斗机也是采用整体座舱盖,不过在座舱盖内部有用于加强的框架结构,通过这个设计可以明显的增加座舱盖的强度,同时可以对座舱盖的厚度进行降低。座舱盖的厚度太大会有许多负面影响,包括光线的穿透能力等,以及视觉上的变形。通过增加加强框是一个折中的方案,而且还可以减少座舱盖的重量,这个对于歼-20战斗机整体的重量的降低是有好处的。
整体座舱盖的研制是有相当大的难度的,包括俄罗斯在座舱盖的研制上就遇到了很大的问题,苏-57战斗机使用的是传统的风挡和座舱盖结合的方式,这个与F-22A或者歼-20战斗机有很大的差距。
歼20的座舱盖当然是一体成型的整体式座舱盖,但是他增加了一个加强框,这一设计和美国的F35是一样的,为什么这么设计?这要从F22一次倒霉的事故开始说起了。
歼20一开始也使用了和F22一致的完全透明的一体化座舱盖。
F22的整体式舱盖非常的前卫,他的主要战术作用就是增加飞机的隐身性能,提高飞行员的视野,使飞行员在看侧方目标的时候没有遮挡,也就是这两个作用了。前一个作用是因为座舱盖一体成型,没有留下缝隙,也没有留下外部的连接设备,因此非常的流畅光滑,利于隐身,后一个作用的实现,相信开车的朋友都有理解,没有框就能提升很大的视野。
F22飞行员被困了4个小时才被消防员用电锯锯开座舱盖救出。
但是这么设计有他的弊端,也是一开始没有想到的。F22一开始用一体式舱盖,大家高呼先进,但是这个舱盖为了提高强度,做的非常厚,因为他自己就是自己强度的保证,没有其他的加强措施,因此一个座舱盖的重量就高达半吨左右,这对飞机而言显然是太重了。这么重的舱盖,偏偏F22是采用的抛盖弹射的方式进行飞行员弹射,这就埋下一个隐患。
别看有加强框,但是他依然是一体化舱盖,加强框在舱盖之内,F35也是这样的设计(下图)
其实,歼20的座舱盖是另一种“一体成型”设计,是一种新的“高科技”。
从第一架验证机开始,歼20一直就是如假包换的一体成型整体式设计;虽然其具体形态在研制过程中发生了一些变化,但是一体成型这一点却始终都是毋庸置疑的。之所以有的网友会产生误/解,主要是因为歼20在飞行员弹射逃生系统方面的改进给人造成了视觉上的错误偏差。
F22的土豪金无框整体式座舱盖
目前在全世界已知的五代机当中,采用一体成型整体式座舱盖的机型有F22、F35、歼20、鹘鹰2.0;另外苏57采用的是滑盖分体式座舱盖,鹘鹰1.0采用的是翻盖分体式座舱盖。在整体式座舱盖当中,又分为两种类型,一是以F22为代表的无框架气泡状整体式座舱盖。这类座舱盖由于没有金属框架的遮挡,飞行员的视野非常良好,而且外观效果科幻感十足。
歼20打破了“中国20年也造不出整体式座舱盖”的预言
歼20在验证机阶段采用的就是类似F22的整体式座舱盖,当然这种座舱盖的加工难度也是显而易见的。其由合成聚碳酸酯材料制成,具有很高的强度,同时还要兼顾保温、透光、抗冲击等特性,更重要的是大幅降低了雷达反射信号,被视为五代机不可或缺的关键技术。网上曾经有人信誓旦旦地宣称“中国再过20年也造不出F22的整体式座舱盖”,谁知还不到一年就遭到各种花式“揉脸”,实在是让人叹为观止。
F35带内框的整体座舱盖更加轻便实用
不过这种座舱盖也存在很大的缺陷,那就是太厚太重了,飞行员跳伞逃生的时候只能先炸掉座舱盖四周的连接结构,然后将座舱盖整个儿抛掉,最后飞行员才能弹射出来,花费的时间又长,安全系数也大大降低了。因此美国在研制第二款五代机F35的时候,果断放弃了这项看起来高大上的技术,改为带有内框架支撑的整体式座舱盖(从外面看上去跟传统的分体式座舱盖很像)。