近日，有媒體公開了一組殲20的*新照片，此次公布的照片都是底漆狀態(tài)的殲20并且清晰度都比較高。此次曝光中的殲20戰(zhàn)機(jī)，在包括機(jī)身，機(jī)翼，垂尾，進(jìn)氣口以及鴨翼部分都擁有明顯顏色不同的復(fù)合材料窗口。

有人可能會問，殲-20使用多少比例的復(fù)合材料？

現(xiàn)代隱身戰(zhàn)機(jī)機(jī)身大量使用鈦合金等復(fù)合材料已經(jīng)不是秘密。新型復(fù)合材料質(zhì)量輕韌性高，對于提高現(xiàn)代隱身戰(zhàn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性和其他性能指標(biāo)至關(guān)重要。美國F22機(jī)身復(fù)合材料使用率達(dá)到了26%左右。為了提高機(jī)翼性能，其機(jī)翼復(fù)合材料使用率高達(dá)95%左右，大量復(fù)合材料使用在提高戰(zhàn)機(jī)性能的同時(shí)，也致使改型戰(zhàn)機(jī)造價(jià)長期居高不下。

殲20作為一款性能*為先進(jìn)五代隱身戰(zhàn)機(jī)，大量使用復(fù)合材料是毋庸置疑的，但具體使用多大比例沒有具體數(shù)據(jù)。據(jù)有關(guān)專家透露，殲20復(fù)合材料使用比率達(dá)到了20%左右。有人問為什么不使用更高比率的復(fù)合材料？其實(shí)這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，關(guān)乎復(fù)合材料制造，設(shè)計(jì)，制造等多個(gè)環(huán)節(jié)。所以戰(zhàn)機(jī)增加復(fù)合材料比例不是一件簡單的事。

專家指出，復(fù)合材料應(yīng)用到戰(zhàn)機(jī)上，需要綜合考慮考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能的可設(shè)計(jì)性和結(jié)構(gòu)成型與材料形成等。大家都說F22是溫室的戰(zhàn)機(jī)，對環(huán)境保養(yǎng)等要求非常高，就連機(jī)身材料填縫都是白銀制成的。這款戰(zhàn)機(jī)除了殺雞儆猴在敘利亞進(jìn)行了反恐作戰(zhàn)實(shí)踐之外，至今也沒有經(jīng)過大的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。一種復(fù)合材料制造使用可能涉及設(shè)計(jì)師、應(yīng)力分析、材料和工藝、制造、質(zhì)量控制、后勤保障工程師（可靠性、維護(hù)性和生存性）和成本估算師等，所以這是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)。我國在高端復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造方面總體上還處于追趕的上升階段。目前我們在復(fù)合材料方面與國際先進(jìn)水平還有差距。

所以殲20復(fù)合材料使用率能夠達(dá)到20%已經(jīng)是一個(gè)很不錯(cuò)的成就。復(fù)合材料使用率成為衡量未來戰(zhàn)機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，殲20以及未來戰(zhàn)機(jī)不斷加大新材料使用比率將是新趨勢。

殲20使用了哪些復(fù)合材料？

從殲20的照片，到處可見到基礎(chǔ)工業(yè)、裝備制造業(yè)水平、材料科學(xué)、電子科學(xué)等各個(gè)方面取得了質(zhì)變的跡象和結(jié)論。

殲20采用的氣泡式整體座艙蓋，其材料是高分子聚碳酸酯材料。機(jī)身墨綠色，完全不同于三代機(jī)的黃皮機(jī)，是采用了復(fù)合材料和隱身涂料。發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口采用了耐超高溫的羰基陶瓷與金屬整體復(fù)合材料。殲20機(jī)身比起T50無見任何外露式天線和光電雷達(dá)端口，保證隱形性能，這是采用了光電雷達(dá)在機(jī)身環(huán)形隱蔽布置，分布數(shù)據(jù)整體集合成像先進(jìn)技術(shù)的特征，也是電子技術(shù)質(zhì)變的一個(gè)特征。殲20機(jī)身極長，機(jī)內(nèi)主承重梁必然采用了高強(qiáng)度、低重量、高難加工、需要N萬噸壓力成型機(jī)才能加工成型的鈦合金主梁。殲20氣動(dòng)設(shè)計(jì)中巨量的風(fēng)洞吹風(fēng)和計(jì)算，則依賴于大型超級計(jì)算機(jī)。

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高性能碳纖維復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料在軍事航空領(lǐng)域到底有多么重要的作用呢？據(jù)悉，將復(fù)合材料應(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能。數(shù)據(jù)顯示采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的前機(jī)身段，可比金屬結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量31.5%，減少零件61.5%，減少緊固件61.3%；復(fù)合材料垂直安定面可減輕質(zhì)量32.24%。

美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)F22采用了約24%的碳纖維復(fù)合材料，從而使該戰(zhàn)機(jī)具有超高音速巡航、超視距作戰(zhàn)、高機(jī)動(dòng)性和隱身等特性。美國防部在“面向21世紀(jì)國防需求的材料研究”報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，“到2020年，只有復(fù)合材料才有潛力使裝備獲得20-25%的性能提升”。

新型復(fù)合材料對軍用航空的有重要意義。據(jù)媒體報(bào)道，中復(fù)神鷹率先在國內(nèi)建成了首條基于干噴濕紡工藝的碳纖維生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。其T800碳纖維生產(chǎn)線規(guī)模擴(kuò)大到百噸級，有進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)能力的潛力，屆時(shí)將真正實(shí)現(xiàn)中國高強(qiáng)度中等模量碳纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)中國碳纖維行業(yè)的戰(zhàn)略破局。

殲20要達(dá)到超音速巡航，除了性能優(yōu)異的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)外，使用碳纖維復(fù)合材料實(shí)施減重，也對性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有極大的幫助。空重17噸的殲20戰(zhàn)斗機(jī)如果使用30%以上的復(fù)合材料，減輕的重量可以增加載油量或載彈量。

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新型碳陶復(fù)合材料

據(jù)報(bào)道，中國已經(jīng)在近幾年定型的戰(zhàn)機(jī)——包括殲20、殲10B、殲15上應(yīng)用了新的碳陶復(fù)合材料剎車。這種基于碳-碳基礎(chǔ)上進(jìn)行改性的新改進(jìn)型材料，雖然是德國等西方國家在上世紀(jì)80-90年代率先展開研制的，但是至今主要應(yīng)用在*汽車上，在飛機(jī)上實(shí)用化的，目前僅有中國一家。

戰(zhàn)斗機(jī)降落時(shí)是否需要放傘，一則是看剎車性能是否足夠——而材料則是*關(guān)鍵的一點(diǎn)；二則是取決于戰(zhàn)機(jī)運(yùn)作能力的要求，以及使用成本之間的妥協(xié)。傳統(tǒng)的剎車材料分為三代，*代主要是石棉塑料/鑄鐵，第二代主要是粉末合金鋼材，第三代則是碳-碳剎車。

這幾代材料中，*關(guān)鍵的性能提升在于能在更承受更高的溫度而不會出現(xiàn)制動(dòng)性能下降甚至全面喪失的情況；比如*代材料做的剎車，其高溫區(qū)域溫度*高只能達(dá)到200-250度，到了碳-碳剎車時(shí)就達(dá)到700度了。

但是碳-碳剎車并非全無缺陷。首先是高溫下，碳-碳結(jié)構(gòu)易于被氧化，在370度上就會開始發(fā)生。因此從上世紀(jì)80-90年代開始，利用高溫抗氧化的陶瓷材料對碳-碳材料進(jìn)行改良，利用陶瓷阻斷碳的氧化過程，就成了一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向——雖然*初它更多是應(yīng)用于高超聲速飛行器的隔熱耐熱防護(hù)。

由于碳化硅陶瓷由于制取相對容易，而且它隨著溫度而膨脹收縮的特性又與碳-碳材料十分匹配，因此它成了一個(gè)非常熱門而且福有實(shí)用化潛力的發(fā)展方向。比如美國X-38飛行器的鼻錐就是用碳化硅陶瓷改性的碳-碳材料做的。

而在做剎車材料時(shí)，碳-碳材料的另一個(gè)缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)不高，而且比較愛吸潮，一旦處于濕態(tài)摩擦系數(shù)就衰減嚴(yán)重，制動(dòng)性能會有很明顯的下降。而在引入一定數(shù)量的碳化硅這樣的硬質(zhì)材料作為基體的一部分以后，剎車對于包括水分、油分、霉菌等外界環(huán)境介質(zhì)的敏感性急劇下降了。

碳-陶剎車在飛機(jī)上的實(shí)用化，主要是在引入碳化硅的過程中，對于硅的殘留量很難把握；因此在剎車表面溫度*高能達(dá)到1200度以上的情況下，有可能因?yàn)楣璧娜诨瘜?dǎo)致摩擦性能不穩(wěn)定——甚至摩擦失效、完全喪失制動(dòng)能力。

根據(jù)國內(nèi)的報(bào)道，國內(nèi)目前已經(jīng)解決了硅殘留問題等重大技術(shù)難關(guān)。利用碳化硅改良碳-碳剎車的碳陶剎車，靜摩擦系數(shù)高1-2倍，濕態(tài)下的摩擦性能衰減只有原來的40%，使用壽命能達(dá)到原來1-2倍。而且由于碳沉積等工藝上的不同，新的碳陶剎車在性能更好的同時(shí)，更易于生產(chǎn)且更便宜。其生產(chǎn)周期只有原來的1/3，價(jià)格只有原來的2/3。

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殲20服役后隱身涂料進(jìn)步一代

隱身涂料發(fā)展到今天已經(jīng)是第三代了，*代隱身涂料是黑色，第二代是銀灰色，或者黑灰色。第三代是銀白色，或者白色。這種涂料可以直接噴涂覆蓋機(jī)身形成一種納米隱形鍍膜層，強(qiáng)度和韌性遠(yuǎn)超鐵氧體材料。現(xiàn)在殲20也采用了淺色調(diào)新型隱形涂料。關(guān)于隱身涂料有個(gè)說法就是顏色越淺技術(shù)越先進(jìn)。殲20的在研制過程中，隱身涂料的研發(fā)腳步也沒有停止。

殲20的出現(xiàn)，并不僅僅是中國戰(zhàn)機(jī)的一個(gè)里程碑，更是中國整個(gè)基礎(chǔ)工業(yè)、裝備制造業(yè)、材料科學(xué)、電子科學(xué)等各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。殲20要想在未來實(shí)現(xiàn)超音速巡航性能，除了大推力發(fā)動(dòng)機(jī)以外，必須還要使用復(fù)合材料為戰(zhàn)機(jī)減重，這在中國缺乏大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)實(shí)下，具有很大意義。