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為何中國戰機比美國短命?不捨得把現役戰機拆毀檢查


為何中國戰機比美國短命?不捨得把現役戰機拆毀檢查



圖:殲10

以飛機結構的經久耐粗暴使用、方便檢查好修理方面的設計水平來說,在美、法飛機面前,蘇俄飛機只能算是廢品和殘次品。


在80年代以來,中國通過引進全套西方設計理論手段和設備,成功在殲10上實現了國軍標體系向西方標準轉化,並達到與幻影2000同級別的理論壽命。這一巨大突破在後續的梟龍上得到進一步的鍛煉成熟,最終為殲20採用全新材料、工藝和設計方法,實現基本結構設計水平超越西方三代標準的關鍵基礎。



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圖:FC-1總體結構性能指標相對不高,因為它是一種鋼、鋁材料為主結構的廉價三代機,成本限制很高;但結構設計水平,尤其是維護性和可靠性上,它其實比殲10還有了長足進步


但是真正以同一個時間代水平來說,國內即使是成都系西方設計標準下的飛機,在壽命和維護、延壽的設計水平依舊和美法有很大差距。導致這種現象的原因,很大程度在於國內對於基礎研究的積累不夠,科研投入的分配規劃不合理。比如以一個典型的例子來說,對於現有飛機結構的毀滅性研究。



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圖:殲10的靜力試驗樣機

比如從二代機和三代機的結構設計區別來說,關鍵之一在於損傷容限設計。損傷容限包括兩個方面,第一是飛機結構部件隨著使用壽命的消耗,腐蝕、裂紋的發展很慢而且很均勻,不會迅速發展成貫穿性的毀滅性裂紋,足夠堅持到下一次檢查時候被發現;第二,在設計時特別注重維護檢修性能,凡是容易出問題的地方,都能被地面技術人員很容易的觀察、維修和拆除替換。



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圖:F15的檢修艙蓋全部打開。由於設計年代較早,它並未採用損傷容限設計。從各方面技術意義上評斷的話,F16才是第一種完整的三代機。


然而理論雖然如此,但在飛機上仍然有太多的關鍵結構區域處於內部的封閉區域,常規辦法完全無法進行檢查它的腐蝕和疲勞開裂情況。對於這部分結構,西方的做法是:把整個飛機結構全部拆毀了,然後好好看看(目視、渦流探傷、X光探傷、超聲波探傷等)裡面究竟發生了什麼,再進行針對的改進設計。


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圖:F15結構模塊劃分,很多地方由於處於結構深處、或者結構狹窄、本身有封閉要求(比如整體結構的機翼油箱),都是正常情況下無法直接探測和維修的


這種拆毀性研究在西方飛機設計使用中是貫穿整個過程的,不僅專門用於測試結構壽命的靜力試驗樣機要被拆毀,已經裝備部隊的現役飛機同樣會被抽取拆毀。西方專家甚至這樣斷言:「為了確保老齡飛機的安全使用,必須確定老齡飛機結構的實際損傷狀態;而對現役飛機結構進行拆毀檢查,是實現這一目的的唯一可行途徑」。


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圖:F15機翼結構布局


目前西方對現役飛機的拆毀性研究非常完善,包括對一架飛機的部分選定結構、一架飛機的所有主要結構、多架飛機的相同結構部件拆毀檢查等等。這樣做的好處,首先能準確的評估使用一段時間後的飛機的結構損傷;其次能對現有的結構設計理論進行修正和改進;最後能驗證各類日常使用的結構損傷探測技術是否有效。



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圖:F16進行靜力試驗。飛機結構很大程度上是試錯設計,試驗規劃能力和預測能力至關重要,而拆毀檢查能有效提升這兩方面水平


從效果上來說,美軍拆毀F16和F22靜力試驗樣機以後,發現的結構故障,佔到總故障的1/3。設計階段大量故障隱患的發現排除,為這些飛機服役後良好的結構可靠性和壽命表現奠定了基礎。而美軍大量超期服役的飛機,比如F15的使用壽命不斷從4000小時提升到8000小時甚至更高,能夠維持使用至今,關鍵也在於以美國空軍學院結構壽命延壽中心為首的相關結構,一直持續不斷的飛機結構拆毀檢查和試驗總結。


和美法相比,我國雖然在全面引進西方設計標準以後,理論上強度規範和結構完整性大綱等國軍標規範都提出了相關的明確要求,但是實際上卻極少執行。尤其是針對現役飛機的拆毀檢查,可以說是全面空白。


這種問題的根源,恐怕還是在於國內沒有從傳統的功利主義科研作風中走出來,搞型號才給錢,能用了就不管了。然而從大處著眼,省了拆毀檢查的小錢,實際上損失的是整個國家的飛機結構設計製造水平,以及軍隊裝備的持續壽命和可用水平。


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