F-22 座艙蓋為甚麼會發光，黃金玻璃究竟什麼來頭？

有細心的朋友可能會發現 F22的座艙蓋似乎與其他五代機不同 在美軍公佈的衆多宣傳照中 F22的座艙蓋幾乎永遠都是金色的 即便後續的F35也並未採用金色座艙蓋 那麼金色座艙蓋到底有什麼作用 對戰機提升有多大 它究竟比其他戰機好在哪裏 今天大兵來詳細聊一聊F22的黃金座艙蓋 想要搞清楚F22的金色座艙蓋 首先我們還要講一講戰機座艙的發展歷史 對於一架五代機來說 人們更關注的是它的隱身性能 機動能力以及先進的航電雷達系統等等 這些提升較爲明顯的方面 相比之下 戰機駕駛艙的佈局和座艙蓋的設計 反而容易被忽視 甚至無人關心 但實際上這個看似簡單的飛機座艙蓋 能夠自主研製和生產的國家卻寥寥無幾 全球的五代隱身戰鬥機中 只有美國的戰鬥機使用全氣泡式座艙蓋 即使是俄空天軍的蘇-57 採用的依然是傳統半氣泡式座艙 而對於駕駛戰機的飛行員來說 座艙蓋的設計直接影響到飛行員的實力發揮 以二戰時期美軍的P-51野馬戰鬥機爲例 早期款式的座艙蓋與機身後半部分相連 這使得駕駛員很難看清戰機後方的情況 因此德軍針對這種設計 採用從後方偷襲的戰術往往都能得手 許多優秀的飛行員因此犧牲 隨後美軍對P-51進行了改進 衍生出了P-51D型 採用了全新的水滴型座艙蓋 也是美軍使用最廣的一款型號 飛行員幾乎可以無死角地觀察四周 在沒有機載雷達的二戰中 觀察的角度大小一定程度上 決定了飛行員能否發現敵機的概率 作爲飛行員觀察戰場最直接的窗口 戰機座艙蓋必須要保證看得清楚 因此第一個設計要求 就是一定得具有良好的透光性 選用的材料必須透光性和純淨度特別高 不允許摻雜任何雜質 爲了保證足夠的透光性 通常它的厚度也不會太厚 早期螺旋槳飛機所採用的座艙蓋材料 通常是便宜的無機玻璃 但是無機玻璃太脆容易碎 因此研究人員只能採用多道的金屬條框進行固定 變成一塊塊方方正正的平面 這種玻璃封擋不僅影響飛機的氣動外形 直接加大了飛行時的風阻 而且普遍偏重 影響飛機的機動性和武器掛載能力 因此到了二戰之後 隨着化學工業的發展 各式新材料如雨後春筍一般湧現 而戰鬥機座艙也終於找到了無機玻璃的完美替代品 合成豎製材料 由於無機玻璃太重 而且強度不足 很容易在意外碰撞中碎裂 導致整塊玻璃變成一副哈哈鏡 不僅無法繼續使用 而且更換流程也十分繁瑣且漫長 即使最快也需要幾個月的時間 基本相當於把整個戰機打修了一次 直到合成豎製材料 替代了無機玻璃後 上述的問題才得以解決 合成豎制也是當前眼鏡的主要材料 不僅透光性達到90%以上 而且非常輕盈 在強度和無機玻璃相等的情況下 豎製材料重量只有玻璃的一半左右 合成豎制還有很好的阻燃性 非常適合加工成現代水滴型的飛機座艙蓋 同時它抗氧化能力也十分突出 即便是在使用多年後 其透光性能依舊保持不變 因此在現代戰鬥機的設計上 各國的設計師將其與鋼化玻璃材料組合 設計出了多層複合透明玻璃 以提高其硬度 即使在民航客機上 它也有廣泛應用 比如風擋和側窗 以及其他的透明材料 然而合成豎製材料也並非完美無缺的 最大缺點就是耐衝擊性和抗溫性較差 爲了解決這一問題 聚碳酸酯類材料便應運而生了 F22就採用了聚碳酸酯類材料來製作座艙蓋 首先是其韌性更好 強度更高 而且抗鳥擊能力突出 盧卡斯航空航天公司曾經做過實驗 普通的有機玻璃製造的風擋 很容易因爲鳥撞事故而破損 不僅需要維護 而且對飛行員構成生命危險 而使用聚碳酸酯類材料的座艙蓋 大家可不要小看這一點 根據統計 在飛行安全事故中 有30%左右都是由於飛鳥撞擊導致的 即便是戰鬥機 如果遭遇飛鳥撞擊 座艙蓋一旦不能防鳥 那麼飛行員很可能要面臨生命危險 而聚碳酸酯雖然解決了材料問題 真正困難的地方在於 戰鬥機的座艙是一塊完整的 而且是變厚度的有機玻璃 同時這塊玻璃還要求在不同的厚度上 保持相同的折射效果和透光率 這樣飛行員從座艙內向外看時 纔不會覺得周邊的景物扭曲變形 而且整體座艙蓋還必須保證一定的強度 以F22爲例 其最大巡航速度可以達到2.2馬赫 在飛行時 飛機正面受到的吹襲非常嚴重 所以飛機的座艙蓋就必須保證一定的強度 纔不會被強烈的氣流吹壞 而且飛機座艙蓋還需要具備很強的溫度適應能力 在海拔1萬米以上的空中 氣溫已經在零下30度甚至更低 如果在1萬米高空以2馬赫速度飛行 則飛機座艙和空氣摩擦產生的熱量 足以把座艙蓋加溫到110度以上 因此戰鬥機的座艙還必須能夠耐受較大的溫差變化 所以這些參數全部綜合起來 座艙蓋看似很簡單 特別是從表面上就是幾塊玻璃拼接而成的 但實際上卻是一個十分繁瑣且複雜的流程 以F22戰鬥機的座艙蓋爲例 其採用了兩層丙烯酸脂中間加一層聚碳酸脂 這樣一種類似於三合一的設計 不僅製作流程十分複雜 而且需要十分精密的工藝 平均製作這麼一塊艙蓋 其成本就高達40萬美元 如果再配上輔助系統 整個艙蓋的成本超過了100萬 而且製作時間長達兩個多月 美軍的F22曾經有過一次座艙蓋事故 導致無法打開 最後不得不求助消防隊 整整花了五個小時才鋸開飛機的座艙蓋 救出了飛行員 F22座艙蓋強度由此可見一斑 然而這隻還是2005年時美軍的技術 15年過後 直到2020年8月 距離蘇-57正式服役還剩4個月 俄軍才成功研製出了 專門爲蘇-57配套的玻璃座艙蓋 俄軍發言人安德里 更是信誓旦旦地向媒體透露 新座艙蓋的研製和生產 採用了全新的技術 其重量僅相當於 過去常規座艙蓋一倍的重量 同時還噴塗了 以黃金和因錫爲主要成分的塗料 可以控制電磁建設方向 提升飛機整體的隱身效果 從而保護蘇-57的飛行員 不受電磁紅外線輻射 以及核爆炸所產生的光輻射的影響 這種高性能座艙蓋 以往只有美國可以生產 如今俄羅斯也已經突破了技術瓶頸 至於俄羅斯生產的這個 全新的座艙蓋表現究竟如何 大兵在後面會慢慢給各位分析 在駕駛艙事業方面 目前各國服役的5代機當中 其中最優秀的無疑就是F22猛禽 該機整體式座艙玻璃的尺寸 達到了史無前例的超大尺寸 具有優異的隱身性能 光學性能 泄靜電防雷機 以及抗雨沙石的沖刷損傷等多種功能 而且視野極佳 而其他幾款4代機的駕駛艙事業 則很難達到這個程度 這是由於在座艙蓋方面 F22使用了新的成型加工工藝 傳統的座艙蓋採用壓力成型法 多層材料整合後壓疊成型 而後進行拋光等工藝處理 加工一個座艙蓋 整個流程需要6個星期的工時 而新的工藝採用注射成型法 只需要一個小時了 而沒有內設框架 這意味着飛行員擁有更好的視野 不過爲了支持結構加厚的座艙蓋 也使得F22飛行員 只能選擇拋蓋式的彈射方式 在F22戰機座艙蓋的前方 有兩臺小型助推拋蓋火箭 提高拋蓋速度 除此之外 聚碳酸酯類材料 由於工藝複雜 加工膠種難度較大 這就導致其價格比較昂貴 要比同類型的座艙蓋 要貴50%到100% 同時 聚碳酸酯類材料耐磨性較差 而且易溶於有機溶劑 因此非常較貴 對後勤保養提出了很高要求 雖然價格昂貴 材料稀缺 但這種設計是真的好用 不然俄軍也不會想盡辦法 非要搞整體式座艙 在研製蘇-57時 俄國設計師也借鑑了 美軍F22的設計理念 爲蘇-57是加裝了整體式座艙 不僅可以提升隱身性 還可以改善飛行員的觀察視野 但是由於俄國當時並沒有相應的技術 多次實驗後依舊沒有成功 最終是不得已放棄了 整體式座艙設計 採用的兩片式座艙蓋 可以看作是一種 降低了技術要求的水炮式座艙 在2019年 俄空天軍發佈的一段 展示蘇-57戰鬥機性能的視頻 結果被網友們發現 蘇-57戰鬥機的座艙蓋上 居然有凝結的水滴 不得不讓人懷疑 這款所謂的全新座艙蓋 看來並沒有俄軍所說的那麼強 另外還有細心的朋友會發現 F22座艙蓋看上去 它不是無色透明的 幾乎看到的所有宣傳照中 都是金色 那這顏色是哪來的 是美軍故意宣傳嗎 其實還真不是 是美軍爲F22座艙蓋 表面鍍上了一層膜 美軍爲什麼要給戰機鍍膜呢 其主要目的還是爲了提高隱身性能 由於戰機座艙爲空腔結構 雷達波經座艙蓋玻璃投射入座艙後 會發生多次反射 形成槍體反射效應 這是飛機最重要的 因此在正常情況下 座艙蓋是不阻擋雷達波的 而在座艙蓋上鍍上一層鍍電膜 就可以有效的屏蔽和吸收雷達波 達到降低雷達反射信號的隱身效果 目前座艙蓋金屬鍍膜技術 也已經應用到了 美軍各類戰機的座艙蓋上 在不透雷達波的同時 保證座艙蓋的透光性 其中氧化鋅衣膜透光率最高 化學性質穩定 還可以增加座艙蓋耐磨性 而金膜透光率稍差 但製作工藝相對簡單 同時金膜化學性能非常穩定 一旦鍍膜之後可以保持很多年 可維護性是比氧化鋅鋅膜要更好 而F22選擇的是氧化鋅鋅膜 同時一體化的座艙蓋 也可以避免爬行波被縫隙散射 並且由於鍍膜材料不同 因此經太陽照射後 呈現出的顏色也各有不同 例如F22的氧化鋅鋅膜 經陽光投射顯現出的是淡淡的墨綠色 金膜和銀膜則體現出金屬色彩 其中氧化鋅鋅膜無色透明 透光率最高 化學性質穩定 還可以增加座艙蓋耐磨性 而且對有機或者無機透明材料 都有很好的附着力 在F22戰鬥機使用之後 這種鍍膜已經成爲目前最成熟的 磨矽材料之一 另外鍍膜除了能夠幫助戰機 更好的隱身之外 還有一個重要作用 就是可以實現電加熱 起到除冰防霧的功能 可以保證飛行員在惡劣天氣 也具有良好的視野 如今隱身戰機 正在不斷向全方位全天候 超寬頻智能化方向發展 在六代系方面 美軍會在戰機雷達隱身研究 和應用基礎上大力展開 視頻 紅外 聲 詞 激光 可見光等多方面的隱身技術的研究 或許在未來 我們真的可以看到 能夠光學隱身的戰機 好了 本期視頻到這裏就結束了 大家認爲 未來的戰鬥機應該是什麼樣呢 歡迎在下方評論區留言 我是大賓 我們下期再見