全球軍武大賞 一架艦載機每年消耗上千萬美元!美海軍直呼換輪胎燒錢，3d打印技術如何降低後勤成本？
50 觀看·2025年9月18日
根據美國戰區網站5月7號的報道 美國海軍航空司令部增裁製造團隊的項目經理
肖多格朗達在參加華盛頓海空空間會議時表示
美國海軍的F-18大黃蜂戰機現在光是換一個戰機輪胎就要花掉足足10萬美元
美軍需要發展3D打印技術 降低武器裝備的後勤維護成本
那麼為什麼一個輪胎會這麼貴呢 3D打印在軍事領域又有哪些作用呢
軍用輪胎的歷史可以追溯到1839年
美國發明家查爾斯·古德伊爾發現天然橡膠與硫磺粉混合加熱後
能夠形成遇熱不粘 遇冷不硬的高彈性材料 用橡膠製作的輪胎這才開始流行於世界各地
世界著名輪胎公司固特益的名字就是為了紀念古德伊爾
在這個時期呢 歐美各國軍隊拖行大炮資重的馬車也換上了橡膠輪胎 但是這些橡膠輪胎都是實心的
除了讓車輪更耐用之外 在行駛平穩性上的提升作用不大 和普通的民用輪胎也沒多大區別
時間轉眼來到了1845年 英國人羅伯特·湯姆遜發明瞭世界上第一款充氣輪胎
它將壓縮空氣填充到了一個塗上橡膠的帆布囊裡 用來緩和車輪受到的震動和衝擊
這樣的輪胎呢 其實還比較脆弱 因為橡膠底下的帆布很容易磨破 並且這種充氣輪胎的推廣過程比較漫長
因為英國當時在執行保護馬車的政策 蒸汽車的發展速度並不快
直到40多年後 充氣輪胎才因為汽車的誕生流行開來
並且人們也開始給輪胎內部鋪設鋼絲層或者其他纖維線材 用來替代之前的帆布
給輪胎內部加裝胎線的設計 提升了輪胎的耐磨性與緩衝性
到了這時期 軍用載具所使用的輪胎已經開始將輪胎尺寸加大 並將橡膠胎壁加厚
但這樣做的效果呢 還是難以滿足戰場環境的需求
這些後輪胎在面對碎石子時 或許有一定的防護性能 可只要被子彈或者尖銳物品擊中 該爆胎還是會爆胎的
這就給軍用輪胎的發展呢 帶來了第一個問題 那就是輪胎被敵方武器命中之後呢 還能不能保證正常運作
如果手槍和步槍的子彈以及手雷和炮彈的破線能夠立馬癱瘓一輛軍用車輛 這無疑會給軍隊作戰帶來許多麻煩
而軍隊裡並不是所有載具都能夠用上金屬履帶行進的 還是會有許多車輛會使用輪胎的
人們為此想到的第一個解決辦法呢 就是改進軍用輪胎的材料
用更堅韌的複合材料替代傳統橡膠 並且加厚輪胎的側面厚度
除此之外呢 軍用輪胎還增加了內滲層 在輪胎內部保留質地軟 密度高 粘性強的膠質物
當輪胎完整時 這些膠質物呢 可以在輪胎內部自由流動
輪胎一旦被扎破 膠質物會迅速堵住漏洞 使戰車依舊能夠正常行駛 這就實現了軍用輪胎的自封技術
不過這種做法呢 也有其侷限性 那就是輪胎遭受攻擊之後 如果產生的窗口太大
輪胎內部的膠質物也封不住輪胎的破洞
所以軍用輪胎的胎體連線還會採用特殊材料 強度是普通鋼絲的5-6倍
提升了輪胎的耐用性和堅固度 擁有良好的防彈性能
到了現在 輪胎設計師還設計出了無氣輪胎 就此徹底解決了輪胎的爆胎問題
目前無氣輪胎有兩種 一種是彈簧無氣輪胎 它的內部材料呢 是橡膠
用彈簧作為支撐 彈簧能替代空氣 承擔緩衝和減震作用
不過這種輪胎呢 也有兩個缺點 一是輪胎內部的彈簧是豎向分佈
雖然解決了垂直方向的減震問題 但還缺乏橡膠充氣輪胎那樣的側偏特性 這會影響車輛操縱的穩定性
二是彈簧輪胎與地面接觸時 不像充氣輪胎那樣均勻 也不具有良好的包裹特性
通過一些坑挖不平的路面時 減震能力需要加強
另一種則是無氣蜂窩輪胎 輪胎內部呢 就像是一個蜂窩 通過網狀結構為車輛提供支撐力
由於兩種輪胎都是無氣設計 自然不必擔心爆胎漏氣的問題
無氣輪胎已經成為了未來軍車重點發展方向
可以說每個時代的戰爭形態都在對每個時期的軍用輪胎提出新的要求
而越來越先進的輪胎也在推動戰爭形態的演化和發展
不過 話又說回來了 雖然軍用輪胎越來越先進了 但其相應的造價也越來越高了
技術要求也是越來越多 以戰鬥機的輪胎為例 它們看上去普普通通 毫無亮點 卻是戰鬥機起飛和著陸的關鍵部位
根據美國聯邦航空管理局的數據 在所有的飛行事故中 有六成左右的意外都是在飛機起降過程中發生的
其中80%都與飛機輪胎有關
而現代戰鬥機重量大都在10噸到30噸之間 這些戰鬥機在起飛時會將滑行速度提高到每小時350公里左右
他們的輪胎在承受自身自重時呢 還要承受戰機進行水平加速產生的摩擦負荷和迎面而來的風阻
到了降落的時候 戰鬥機的速度雖然也降低了很多 但輪胎還要承受戰機下落的衝擊負荷
並且戰鬥機在水平方向上的減速摩擦力會高過戰鬥機的加速摩擦力
這麼一來呢 戰鬥機輪胎在降落時所承受的壓力就更高了
正因如此 這些戰機輪胎的單胎載荷能夠達到15噸 是普通汽車輪胎的十多倍
而且戰機的輪胎通常會使用氮氣充電
這種氣體的熱膨脹係數更低 本身也不可以燃燒 能夠延長輪胎的使用壽命 並且防止戰機輪胎發生高溫自燃現象
可即便如此 戰機輪胎的使用壽命還是長不了
以美國海軍F18E戰鬥機為例 它們常常會在航母甲板上猛烈降落
戰機的主起落架輪網
常常因此變形 讓安裝在輪網上的輪胎鬆動 一旦發生這種情況 輪胎組件就只能被拆下並且丟棄
這些輪胎自身的價格都在幾萬美元之間 而更換輪胎時呢 還要一併更換組合的輪網
這樣一來 美國海軍的後勤部門就必須以套裝形式給F18E戰機換輪胎
而每個輪胎套裝的更換成本呢都高達10萬美元
如果一架F18E戰鬥機的出勤次數比較多 則其每年都要用掉160個輪胎
不去算這架戰鬥機一年的其他後勤成本 光是在輪胎上 美軍一年都要為其花上1600多萬美元
真是輪胎技術含量有多高 燒起來錢呢就有多快
人們都知道航母導彈這樣的尖端武器不好做 卻不知道這些軍用輪胎對許多國家也是沉重的財力負擔
實際上呢 軍用輪胎之所以燒錢 除了自身的造價偏高之外 還有使用損耗大 更換次數多 以及修補方式少的因素
別的零部件壞了都能修修 輪胎壞了卻需要直接換 這成本呢當然低不了了
況且軍用裝備的重量通常都比較大 動輒十幾噸 數十噸
像悍馬車和輪式裝甲車這樣的地面載具 還要經常在環境惡劣的非鋪裝路面高速前進
他們的輪胎承受各種磨損 只是家常便飯
對於軍隊來說 輪胎真的只是一種消耗性
而人們呢 還需要在這些輪胎在報廢的前一個小時 空出遠離和緊急避難的時間
按照國際通行標準 一輛裝備有防彈輪胎的軍車 即便呢是有一半輪胎重彈 也可以按時速50公里行駛一個小時
正常來說 這一個小時的行軍足夠讓車輛脫離戰鬥
到後方維修區 但敘利亞和烏克蘭的慘烈戰鬥表明 這個標準呢也不一定夠
早在2022年3月 俄羅斯軍隊的運輸車輛就因為烏克蘭的泥濘季節以及軍用輪胎的性能不夠穩定
導致前行車隊行動困難 不僅延誤了戰機 還導致部隊暴露在敵軍火力之下
一般來說 俄羅斯軍用卡車為了保持其輪胎中 中央充放器系統能夠正常運行 每個月都至少要啟動和行駛一次
車輪中央充放器系統 簡稱CTIS
它能讓駕駛員在規定範圍內改變輪胎氣壓 這樣呢 就能在進入不同的路況和氣候條件時
分別調整前輪與後輪的胎壓 增強車輛對地附著力和操控靈活性
提升軍用車輛在野外環境下的通過能力
不僅如此 俄羅斯軍方重視中央充放器系統 還有防止卡車輪胎老化的用意
用於橡膠材料的特性 那些長期暴露在陽光直射下的輪胎很容易出現性能下降的情況
而使用CTIS系統降低胎壓 可以讓輪胎的側臂保持柔軟 只要側臂不因為緊繃狀況撕裂 就不會給軍隊添麻煩
但俄軍的輪胎在使用壽命末期 很難為行進中的車隊提供最後安全的一個小時
這些軍用卡車在尋找後勤支援 準備更換輪胎時 這些老化的輪胎已經拖慢了行進速度 戰爭的局面也已經發生了改變
那麼究竟有沒有一種辦法讓戰車與戰機的行進裝置更耐用 並且讓各國軍隊在輪胎保養上多省一些錢呢
美軍呢 其實還真的想到了一種修補方法 能讓輪胎變成可循環使用的部件 那就是固態冷噴塗3D打印技術
只要能修復那些容易變形的金屬部件 光是換輪胎和補胎面 其實也能省錢和省時間
冷噴塗是一種增材製造工藝 可以改進傳統的3D打印技術
簡單來說呢 就是將微小的金屬顆粒與氮氣或者氦氣混合成複合材料
並用打印噴嘴將這些混合物加速到2-3馬赫的速度
這些修補材料呢 會被直接噴灑到輪胎等破損零件上
通過添加顆粒材料的形式修補零部件 使其恢復堅固狀態
不過呢 冷噴塗並不是真正的低溫噴塗 這種技術使用的修補顆粒其實也是經過加熱的
只是加熱的溫度會低於材料的熔點 這些修補顆粒會凝結成固態 形成高強度的堅固黏合物
在進行零部件維修時 修補材料會匹配這些部件的原始形態來完成修補過程
事實上 從2020年起 美空軍就一直在使用這種冷噴塗工藝
不論是戰鬥機的鉸鏈 支撐軸還是起落架部件 美軍都在嘗試3D打印技術
如今 美國海軍航空司令部已經向33個軍事單位提供了96臺增材製造設備
如果3D打印技術能夠進一步成熟 完全替代F18E戰機的輪胎修復工作 其帶來的經濟效益無疑是巨大的
根據美國軍方現有的測試數據 用冷噴塗技術修復輪胎只需要花兩個小時 成本也只有300美元
就算輪胎的損壞頻率還是比較高 每年為一架戰鬥機耗費的成本也不過只有4000美元左右
不過呢 話又說回來 冷噴塗技術也不是沒有侷限
美國海軍並不能在海上對裝備進行修復 由於需要使用粉末狀修復材料 這種技術對使用環境有一定要求
目前呢 只能在岸上後勤基地進行操作
但隨著技術研發的推進 運用3D打印技術一定會越來越便捷 所以美軍方面呢 還是對增材製造技術產生了濃厚興趣
畢竟的確有很多武器裝備的零部件是能夠在修復後循環使用的 而不是被直接更換掉
並且對於3D打印技術的軍事應用 世界上還有很多國家在推動
就在2023年 英國國防公司就推出了全球首個3D打印無人機防禦系統
該系統輕便耐用 可以產生高功率電子信號 以幹擾和破壞無人機的控制指揮鏈路 進而消滅敵方無人機
整個系統大部分是通過3D打印技術生產 可以在作戰現場進行打印
相信在不久的將來 世界各國還會出現越來越多的3D打印武器
這會是未來軍武的突破方向之一嗎 歡迎各位在評論區留言 我是大兵 我們下期節目再見