隐形飞机结构材料

外观结构和材料对飞机产生的重要影响,飞机的历史,隐形飞机的概念,隐形飞机的材料,飞机的结构及材料,飞机的等级划分,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的弱点,歼20结构特殊之处,军用飞机的造价,飞机的历史,飞机的历史,美国人认为飞机的发明者是美国人莱特兄弟（WilburWright和OrvilleWright），于1903年12月17日在美国试飞成功。,飞机的历史,法国人认为世界最早的飞机是由法国人克雷芒阿德尔（ClmentAder）发明，于1890年10月9日在法国试飞成功，部分人认为他发明了历史上第一架飞机。,飞机的历史,国际航空航天界普遍承认的关于中国古人飞天实践的是明朝时期有一个叫做“万户”的人，坐在凳子上手拿风筝，凳子上帮上火箭希望飞行。此事为西方传教士所记。,飞机的划分等级,第二代,亚音速战斗机（喷气革命）代表机型：美制F86、苏制米格15、等,第一代战斗机的判断依据：喷气式、亚音速，从此战斗机螺旋桨时代进入喷气时代，史称战斗机的“喷气革命”。,第三代,强调超音速性能的战斗机（超音速革命）代表机型：美制F4、F5，苏制米格21、米格25（2代机的巅峰作品），,第四代,强调中近距离空战和空空格斗的多用途超音速战斗机（能量机动革命）代表机型：美制F15、F16、F14、F18，苏制米格29、苏27、苏30（苏27的改进型）其中F15、F16、米格29、苏27被称为冷战末期统治天空的战斗机“四大天王”。,第五代,低可侦测性技术的全面运用，并具备高机动性、先进航电系统、高度集成计算机网络，具备优异的战场态势感知能力。代表f22，f35，t50，苏47，歼20,飞机的等级,第五代战斗机是依照军事上对喷气式战斗机的划代标准，目前世界现役机种最先进的一代战斗机。第五代战斗机较前一代战斗机最大的特点就是低可侦测性技术的全面运用，并具备高机动性、先进航电系统、高度集成计算机网络，具备优异的战场态势感知能力。目前已经开始服役的第五代战斗机，仅有美国洛克希德马丁生产的F-22猛禽战斗机和F-35闪电II攻击战斗机。,飞机的结构及外表材料,飞机的结构及外表材料,飞机的结构及外表材料,飞机的结构及外表材料,飞机的结构及外表材料,蒙皮是铝合金,承力框架是硬铝和超硬铝,机身纵梁和机翼翼梁是高强度钢或钛合金,起落架是超高强度钢,平尾,垂尾等受力较低的部位是玻璃纤维,碳纤维复合材料等.发动机风扇是钛合金,压气机前几级是钛合金或铝合金,后几级压气机是不锈钢或高温钛合金,火焰筒和涡轮是镍基耐热合金,发动机机匣是不锈钢.舷窗聚碳酸酯.其他还会用到一定的铜,橡胶等材料,飞机的结构及外表材料,发展概况20世纪初第一架载人上天的飞机是用木材、布和钢制造的。硬铝的出现给机体结构带来巨大的变化。19101925年开始用钢管代替木材作机身骨架，用铝作蒙皮，制造全金属结构的飞机。金属结构飞机提高了结构强度，改善了气动外形，使飞机性能得到了提高。40年代全金属结构飞机的时速已超过600公里。50年代末喷气式飞机的速度已超过2倍音速,给飞机材料带来了热障问题。铝合金耐高温性能差,在200C时强度已下降到常温值的1/2左右,需要选用耐热性更好的钛或钢。60年代出现3倍音速的SR-71全钛高空高速侦察机和不锈钢占机体结构重量69的XB-70轰炸机。苏联的米格25歼击机机翼蒙皮也采用了钛和钢。70年代以后越来越多地使用以碳或硼纤维增强的复合材料。铝、钛、钢和复合材料已成为飞机的基本结构材料。,飞机的结构及外表材料,SR-71侦察机,隐形飞机的概念,隐形飞机的概念,性能特点一般可以用4S来概括,Stealth（隐形）,SuperSonicCruise（超音速巡航能力）,SuperManeuverability（超机动能力）,SuperiorAvionicsforBattleAwarenessandEffectiveness（超级信息优势）,隐形飞机的概念,机体骨架和蒙皮使用隐形材料、表面隐形涂料、外形隐形结构、降红外辐射技术、降噪声技术、电子干扰技术等。其中具备革命性的就是隐身性能。隐身性能依赖于外形、材料和内部武器舱，即使是装备完全的作战配置，战斗机依然只有非常低的雷达反射截面积,隐形飞机的材料,隐形飞机的材料,碳-碳复合材料(美国威廉斯国际公司研制的碳-碳复合材料适用于高温部位，能很好地抑制红外辐射并吸收雷达波。在发动机部位用致密炭泡沫层来吸收发动机排气的热辐射，还可制成机翼前缘、机头及机尾。)含铁氧体的玻璃钢材料(这种材料质轻、强度和刚度高，日本已将它装备在空对舰导弹(ASM-1)的尾翼上，其弹翼也将使用这种材料改装，使其隐身性能大为提高。)充填石墨的复合材料(美国在石墨-热塑性复合材料和石墨-环氧树脂复合材料的研制方面取得很大进展，这些材料在低温下仍保持韧性。)玻塑材料(由美国道尔化学公司研制的材料型号为Fibalog，是在塑料中加入玻璃纤维而制成的，据报道，这种材料较坚硬，可作为飞机蒙皮和一些内部构件，而无需加金属加强筋，并具有较好的吸收雷达波特性。)碳纤维复合材料(能吸收辐射热，而不反射辐射热，既能降低雷达波特性，又能降低红外线特征，用它可制作发动机舱蒙皮、机翼前缘以及机身前段。),隐形飞机的材料,能吸收雷达波的材料有多种，如碳纤维增强树脂复合材料、碳化硅丝啬强铝复合材料等。表面涂料镍钴铁氧体，金属和金属氧化物超细粉末组成的隐形涂料，能使照射上来的雷达波的磁损耗加大，起到吸收、透波作用。隐形飞机的整个机身，除主梁和发动机机舱使用的是钛复合材料外，大多数隐形飞机其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射雷达波。并且这些不同的复合材料部件不是靠铆钉拼合，而是经高压压铸而成。此外，整个机体都喷涂上了特制的吸波油漆，这在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波。B2整个飞机机长：21.03米，机高：5.18米，翼展：52.43米的雷达反射截面积只有0.10.001平方米，与一只小鸟相当，仅为B-1B的1/1001/10。,隐形飞机的材料,美国的战机隐形是靠外形设计和吸波涂料实现的。俄是靠设立等离子体屏障吸收电波的能量，这样飞机就不容易被雷达发现了。据专家称，所谓的等离子体，就是宇宙空间普遍存在的一种物质状态，是与物质的固态、液态、气态并列的第四态。实质上就是一种大量正离子与电子组成的集合体。等离子体一方面能通过电磁波与带电粒子的相互作用，使电磁波能量逐渐衰减，形成吸收电磁波的作用；另一方面迫使电磁波绕过等离子体而改变传播方向，使雷达回波减少。俄就是利用等离子体的这两个特点，在飞机上安装等离子体发生器，使它在飞机四周形成一层等离子体云，这样照射到等离子体云的雷达波就会被吸收或改变传播方向，飞机隐形的目的就达到了。,隐形飞机的材料,隐形飞机的材料,B2战略轰炸机采用了等离子隐身技术（也被称为电气动力学技术）来提高隐身能力和飞行品质，具体的实施方案是利用机身前后大于20万伏特的电压来电离空气，利用机身有特殊电磁特性的材料以及电场来改变敌方雷达波的性质，达到隐身的目的。对于B2而言，正是由于采用了这种等离子技术，所以B2才具备了一些气动力特性，从而得以改善它的飞行品质。,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,雷达的工作原理,隐形飞机的特殊结构,1。雷达波的镜面反射，如果正对着一面镜子用电筒照射，那么几乎所有光线都会原路返回，雷达波也一样，这种情况物体就是最强的反射源。当然正好垂直照射这样的几率非常小，而且飞机是运动的，相对角度也会变化，最多只会闪闪，没法锁定。如果有个入射角照射，那么雷达波按反射定律入射角等于反射角射到其他区域，那么飞机是安全的。曲面反射：镜面反射还有一种情况，就是雷达波射到曲面上会产生漫反射，但是有一部分雷达波会反射回来，或者偏移一点角度。可以类似于镜面反射，曲面的曲率半径越大，镜面反射效果越明显，因此，曲面是强散射源，飞机应尽可能的避开曲面，用倾斜的平面代替。,隐形飞机的特殊结构,2。边缘反射，如果一束光线照射到物体的边缘上(可以把边缘看做一条线段)，这时候，雷达波会形成一个像圆锥形的散射方向，那么整个边缘的无数个锥形散射点就是一个次强的反射源,隐形飞机的特殊结构,3。尖顶反射，如果一条光线照射在椎体的尖点上，那么就会形成尖顶反射，是一种散射，其实和边缘反射类似。但是由于尖顶反射面积很小，只有一个点，所以比起边缘反射的整条线段的反射面积还是小很多，因此他只是一种弱反射源。,隐形飞机的特殊结构,4。爬行波绕射，其实这个就是高中物理学的，光的衍射现象，光线遇到比波长小的障碍物或者缝隙，会绕过去。那么在飞机上，就有一部分雷达波会贴着飞机表面传播，这个叫爬行波。爬行波有一个特点，就是如果在沿表面爬行过程中遇到凸起、凹陷、棱边、不连续、缺口、缝隙、不同材质的交介，斜率改变。反正遇到这些表面不连续处一部分会按原路返回。因此飞机的外形设计上要保证平整的流线型过渡，尽量不要出现这些表面不连续的设计。爬行波其实还有一个性质，就是如果遇到细长物体的终端，无处可走的时候，也会原路返回。如从机头到机尾，没地方去了，就会原路返回，从翼根到翼尖后也会原路返回。但前提是细长物体，非细长物体没有这个性质。,隐形飞机的特殊结构,5。二面角反射，有一种隐形飞机设计是绝对要避免的，就是两个相互垂直的平面连接起来，光线经过两次反射，一定按原路返回，这个叫二面角反射。角反射是绝对要避免的，因为这种是非常强的反射源。,隐形飞机的特殊结构,6。凹腔结构，就是一个狭长的腔体，光线从入射口进入，在腔体内部经过多次反射，最后多数按原方向返回，因为入口和出口是同一个，光线最后只能按从出口按原方向射回来。这种情况尽可能的避免，遇到无法避免的，想办法遮掩。,隐形飞机的特殊结构,按照反射源的强弱来分，正面的镜面反射二面角反射凹腔反射曲面镜面反射爬行波绕射边缘反射尖顶反射倾斜平面镜面反射。当然这些强弱大小排序很可能实际情况并不是这样，拿曲面反射来说，曲面与入射光线的相对方向、曲率不同，反射强弱相差很大的说。爬行波绕射的情况也很多很复杂，相差也非常大。,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,这是两种机翼反射方向的比较，明显的后一种大后掠角的三角翼增大入射角和反射角，是隐形战机设计的主流,隐形飞机的特殊结构,1.隐形飞机外形结构也很特殊，机身剖面呈棱形、锥形，没有尾翼或垂直尾翼，改用倾斜的V形双立尾，这都能破坏雷达波产生回波。,隐形飞机的特殊结构,隐形飞机的特殊结构,隐身性能首先来自它的外型，首先它的机体扁平，采用翼身融合的无尾飞翼，机翼前缘为直线，机翼后掠33度，飞机头部到翼尖成锐角，机翼后缘成双“W”形，像锯齿，外形像一只巨大的黑蝙蝠。巨大的锯齿状后缘由10条直的边缘组成，从而可使雷达波从后缘和上沿两个方向反射出去，以较大的角度偏离飞机的尾后区域。B2A无垂直尾翼，这就大大减少了飞机整体的雷达反射截面。机体下方没有设置武器舱或武器桂架，连发动机舱和起落架舱也全部埋入到了平滑的机翼之下，从而避免了雷达波的反射。,隐形飞机的特殊结构,内部武器舱,隐形飞机的特殊结构,为了隐身的需要，B-2A飞机的发动机进气口放置到了机翼的上方，呈S状，可让入射进来的探测雷达波经多次折射后，自然衰减，无法反射回去。发动机喷嘴则深置于机翼之内，也呈蜂巢状，使雷达波能进不能出。此外，发动机构件内还装有气流混合器，它能将流经机翼表面的冷空气导入发动机中，持续降低发动机室外层的温度。喷嘴呈宽扁状，使人在飞机的后方无法看到喷口。特别是由于采用了喷口温度调节技术，喷嘴部分的红外暴露信号大为减少，飞机的隐身性能大为增强。为了对红外探测器隐形，隐形飞机发动机的进、排气口设置在飞机顶部，并在排气口安装排气机和吸热装置，减少发动机喷口的热源，不使地面的红外探测器探测到飞机的红外辐射。至于噪声，隐形飞机安有吸声装置，也采用噪声极小的飞机发动机。,隐形飞机的弱点,隐形飞机的弱点,1.地面建设反隐形雷达群主要是长波雷达、其他可以发现隐形战机的雷达。2.配置有预警机在2万米或以上高空、而不仅仅是中空，配置有预警机。通过俯视搜索、捕捉隐形战斗机的背部信号，来发现F22、F-B2、F-117等隐形机。3.“地-天一体化反隐形雷达网”地面有长波雷达、其他雷达、高空2万米巡航高度有预警机，所有数据传输到地面中央处理器汇总分析、处理。,4.卫星监测检测隐身战机背部反射的电磁波信号5.声纳检测隐身战机在飞行中产生震动，即声波。因此可用声纳进行检测。6.红外检测由于隐身战机在飞行中产生热量，吸收电磁波产生热量，从而进行热辐射，即红外辐射。因此可用于检测。,歼20结构特殊之处,J20出现后一反以往战机的不同，整个机身几乎看到铆钉，有的人说是因为外面的隐身涂层覆盖了，所以看不到铆钉，其实这是错误的。F22也是用铆钉的，仔细近看就能看出来。为什么F22的铆钉不可以用涂层完全覆盖到看不见呢?这是因为F22的蒙皮是靠铆钉一块一块的铆上去的，铆钉不能覆盖是为了维修方便，万一蒙皮脱落可以迅速拆下铆钉再换一块，而且可以凭肉眼判断机身蒙皮是否有裂缝。那么J20为什么看不到铆钉呢?其实这和加工工艺有关，由于技术进步，J20的机身采用的的一大块钛铝合金锭整体式铸造，再通过专用压力机挤压，增加密度，(这个机器前两年研制成功，曾经媒体有报道，这台飞机机身压力机就是专为J20研制的)，最后再采用数控机床挖空，高精度的数控机床，把整个钛铝合金铸件(直径可能达到3米以上)挖空成飞机机身段的形状，这样飞机就不需要再覆盖蒙皮，机身的框架和蒙皮都是那一块钛铝合金锭加工而成，所以J20根本看不到铆钉。这样的工艺能大幅度的增加飞机强度，而且加工的精确度也提高很多，这是飞机机,，而这正是针对隐身飞机的“全方向”，在正常情况下对于飞机的隐身仅考虑水平360度范围内反射雷达波系的情况。从图中我们可以看出，非隐身飞机全向反射雷达波系都比较强烈，在25dBsm左右，而隐身飞机在全方向仅在几个极小的角度范围内有强烈的反射雷达波系，其他绝大多数角度范围反射波强度均在-10dBsm以下（RCS单位dBsm到m2的转换公式：dBsm10lg，-10dBsm大约为0.1m2）。这张图也反映了隐身飞机隐身的方法，即把受到的雷达波集中反射到少数的几个极小的角度范围内，让敌人在绝大部,身加工工艺的一次革命性进步。以往飞机是一步步搭建起来的，先搭建钛铝合金框架，框架间打孔并用螺栓拧紧，然后再用铆钉铆上蒙皮。这些工艺完全是靠手工，精度难以控制，而且如果哪个螺栓没有铆紧或者老化严重的就可能导致整个飞机解体，轻的也会导致蒙皮开裂，所以飞机都要做静力破坏性试验以检验飞机是否达到设计强度。而J20因为采用新工艺加工，整个机身是一体的，达到最佳强度，以后空中做高机动动作导致机身解体的情况将不再出现。J20在机身加工好后只需要在机身表面贴上隐身贴片，大家注意下面的图，J20的隐身贴片是一块块粘贴上去的，有点象潜艇的吸音橡胶块。如果以后哪块隐身贴片脱落了只需再贴一块新的就OK，这样飞机的维护工作就很轻松。J20的这个整体式加工技术目前是世界上第一次在飞机上应用，F35都还是靠铆钉铆上的，俄罗斯的T50那就更不用说了，完全是20年前的工艺，根本和J20没有可比性。,分角度看不见你，而在少数角度有一瞬间强烈“反光”，使雷达无法有效探测和锁定。所以我们看到隐身飞机的俯视图轮廓追求互相平行的边缘，这样散射就会变成沿着截面的向空中背景的绕射，然后将这些锐角截面设计成平行的，则散射和绕射方向趋于相同，则战机会向特定方向反射你的雷达信号，这样你的雷达可以捕捉到战机信号，但由于是特定方向反射，则抓住它的信号只有一瞬，角度一变RCS又急剧降低，则你的雷达屏幕上显示的是偶尔出现一个闪烁无法锁定的信号，北约演习中F-15曾经反映过F-22在目视距离被雷达探测的信号仍然是忽明忽暗无法抓取就是这个原因。J