日本五代機要用全碳纖維造

原標題：日本五代機要用全碳纖維造

來源：侯知健

在日本真正的下一代戰鬥機F3的型號方案——而不是現在的「心神」驗證機上，有一個令人感到非常意外的激進設計：整個飛機的主結構，將全部使用碳纖維複合材料。

如果未來F3戰鬥機能真的投入研製——這受日美關係等政治因素影響極大、而且確實按目前公布的規劃展開研製；那麼這將是人類歷史上，第一款全面以增強塑料作為主結構材料的戰鬥機。

殲20後機身大框

從總體性能的收益和風險權衡上看，F3戰機的結構材料規划過於激進，風險過高，而必要性上缺乏足夠強力的理由。

因為在現有的技術限制下，複合材料仍然有較大的局限性——比如由於復材本身的設計原理，它抗衝擊的能力遠遠不能與傳統的高強度金屬材料相比，探傷技術和壽命管理體系仍然存在很多不成熟的地方。

在戰鬥機上，由於空間極度封閉狹窄、無法被檢測設備觸及和抵達；很多關鍵結構區域是從製造、裝配完畢開始，直到全機報廢退役時，它的具體狀態——比如腐蝕、裂紋等，都始終處於不可知的狀態。

而針對這種情況的解決之道，只有兩個措施同時運用：在結構設計時，能對結構的疲勞破損、腐蝕老化等進展，非常準確的進行規劃和預測。

而在吃不準的情況下，加大結構設計上的冗餘量，做的更結實一些；但這意味著結構件更為厚重，擠占機身內部用於裝載燃油和設備的空間，而且重量增加。

戰機核心結構的設計規劃和預測能力，有相當一部分都是建立在工程經驗的基礎上——比如歐美的慣例，就是從原型機到批產服役的軍機，都要定期進行全機、或者部分結構的拆毀性檢查。

在F22和F16上，有1/3的結構故障，都是在對靜力試驗樣機的徹底拆毀檢查才得以暴露。中國戰機在結構設計水平上的欠缺，非常關鍵的一部分就在習慣上對於戰機的拆毀檢查和分析總結嚴重缺乏重視。

F3全面使用複合材料作為機身的主結構材料，意味著在結構設計的規劃預測上，存在的不確定性要大大高於傳統金屬材料。出於結構上的巨大差異，F2機翼的設計和使用經驗積累，不足以確保F3機身的設計可靠性。

F2

僅從複合材料結構的製造上，日本無疑是全球頂尖的水平，波音787的分工就是這一點的證明。但是波音787的機身與機翼，和F3這樣的戰鬥機在具體結構上、設計要求上相差甚遠——比如波音787不存在抵抗導彈和炮彈的抗戰損要求。

這些問題，一方面會迫使F3結構設計中採用更大的餘量，削弱材料性能在理論上的減重優勢；另一方面，有非常高的概率，F3的機身核心結構，會在壽命中後期，出現大面積的嚴重故障爆發，而且非常難以修復、甚至是不可修復的。

波音787

如果將視線擴展到日本其它自行研發的飛機，特別是軍用飛機上，從它們的經驗教訓看；F3的規劃與其說這是出於追求戰機極致性能的大膽冒險，不如說是日本國內政治因素和官僚環境局限下的傳統性設計失控。

為了獲得立項通過與財政撥款，F3項目必須在性能指標上不顧實際的加以拔高，關鍵設計特徵上儘可能刻意的標新立異，以凸顯項目的必要性。

以日本的能力來說，F3採用全復材結構；飛是一定能飛的起來的，試飛階段通過各種極限指標的考核，問題也不是太大。但是結構的高標準抗戰損性能、長期使用的可靠性和可維護性，真實壽命表現，玩脫的概率是非常高的。

中國工信部頒布2017碳纖維及其複合材料全產業鏈發展指南

來源：材智匯，碳纖維生產技術

為進一步落實《中國製造2025》，工業和信息化部圍繞製造業創新發展的重大需求，組織編製了《產業關鍵共性技術發展指南（2017年）》，提出優先發展的產業關鍵共性技術174項，涉及原材料工業、裝備製造、電子信息與通信業、消費品工業、節能環保與資源綜合利用等領域。

今天為您節選有關碳纖維及其複合材料相關內容，覆蓋了碳纖維全產業鏈。

一、原材料工業

（三）石油化工

11.汽車低成本專用碳纖維開發關鍵技術

主要技術內容：

優化聚合和紡絲及碳化、（預）氧化等關鍵生產工藝；原絲的紡絲速度及紡絲液的含固量控制技術；滿足汽車典型零部件綜合性能要求的汽車大絲束低成本專用碳纖維材料；碳纖維材料性能檢測技術。

（四）建材

8.纖維增強熱塑性複合材料製造技術與裝備

主要技術內容：

熱塑性樹脂與玻璃纖維、碳纖維等增強纖維的浸漬與成型技術，包括各類熱塑性複合材料預浸料的工藝技術與裝備，以及各類熱塑性複合材料製品的拉擠、纏繞、模壓、液體膜塑、連續擠拉、注塑等成型工藝與裝備。

二、裝備製造業

（六）機械基礎件

4.輕量化與複雜液壓先進位造及表面處理技術

主要技術內容：

增強型碳纖維或高分子材料等非金屬材料液壓元件的設計與製造工藝；分層製造工藝、金屬熔融激光加工增材製造工藝等複雜液壓閥塊先進位造工藝；先進的液壓缸活塞桿表面鍍鉻替代塗層工藝；密封的適應性；疲勞耐久性等。

四、消費品工業

（一）紡織

1.干噴濕法紡高性能碳纖維技術

主要技術內容：

大型、高效聚合導熱體系；高穩定化干噴濕法紡絲及高倍牽伸工藝；快速均質預氧化技術和高效節能預氧化碳化裝備；干噴濕紡碳纖維表面處理技術及與不同樹脂基體、不同複合材料成型工藝相匹配的系列化油劑和上漿劑。

五、節能環保與資源綜合利用

（四）資源綜合利用

4.碳纖維複合材料廢棄物低成本回收及再利用技術

主要技術內容：

連續的熱裂解工藝及設備技術、可控的氛圍氣濃度和熱解溫度匹配技術等連續熱裂解碳纖維複合材料廢棄物回收工藝及設備；複合型節能技術、樹脂熱解產物的高熱值重整技術、配套的循環熱利用工藝與設備技術等低成本低能耗技術；尾氣能源再利用技術、清潔排放處理技術等尾氣綜合處理技術。

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