苏-27歼击战斗机与结构材料
战斗机新结构应用与新材料需求分析
战斗机新结构应用与新材料需求分析作者：李航航阎勇尹航来源：《航空科学技术》2020年第04期摘要：一代飞行平台、一套设计体系、一代材料应用。
飞行器结构、材料始终伴随着飞行器平台的发展而不断发展，始终为飞行器结构平台性能的提升提供物质保障。
结构材料是先进飞行器设计研制的技术基础。
随着战斗机的发展演化，飞机结构设计与材料体系也表现出明显的技术划代特征。
通过对各代飞机结构特点和选材的研究分析，探索了未来新一代战斗机可能采用的结构形式、技术特征，提出未来先进结构材料发展初步需求。
关键词：战斗机；结构特征；新材料；需求中图分类号：V271.4文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.04.002以美国为代表的世界航空技术强国在陆续装备了当今世界上最为先进的F-22、F-35等先进战斗机以后，开始逐步探索未来新一代作战平台的技术研究和型号发展论证工作。
目前，美国正在研制的X-47B无人机、X-37B高超声速飞行器、SR-72高超声速隐身无人战略侦察机等先进飞行器均有可能成为未来作战使用平台。
美国洛克希德-马丁公司不久前公布了自己设想的未来第六代战斗机初步目标图像和作战概念。
俄罗斯对未来第六代作战飞机的研究雖不如美国目标清晰，但是，其在新一代远程战略轰炸机平台研究方面丝毫没有滞后，经过多种方案优选竞标，最终，俄空军确认了新一代战略轰炸机研发方案将采用由图波列夫设计局设计的“飞翼式亚声速隐身布局”方案，俄罗斯将这种新一代战略轰炸机称为“远程航空兵远景航空系统”，即PAK DA（俄文ПАКДА）轰炸机。
另外，欧洲、日本等国家也都先后推出高超声速飞行器项目。
所有这些先进飞行器大多数都具有隐身、高速、跨域等典型技术特征。
因此，未来飞行器的发展方向就是更高、更快、更隐身。
与之相应的飞行器结构设计技术必然将朝着更轻质、更高效、更长寿命、更低成本的方向发展，以满足飞行器平台不断提高的技术性能和作战能力要求。
铝合金在航天航空中的应用
d/g·cm-2
Kic /MPa·m-1/2
2.54 2.54 2.54
2.60 2.60 2.60 2.57 2.57 2.57 ≤2.58 2.56 2.47～2.50 2.47～2.50 2.47～2.50 2.49 2.49
130～135 138～177
KQ=32
Kic≥30 － Kic＝24 Kic＝26.6 Kic＝42～46 -
表 1 主要铝锂合金的力学性能
抗拉 强度 Rm/MPa
450～465
规定非比 例延伸 Rp0.2/MPa
382～414
断后伸长率 A50mm/%
4.7～6.3
405～454 310～369
5～10
418～426 327～332 9.5～10.5
380～455 365～410
4.0
578
531
5.5
601
航空航天用铝合金厚板铝合金厚板是现代航天航空工业重要的结构材料目前发达国家铝工业界不断开发出性能优异的新型铝合金厚板其中有以下几种常用合其一是7075t7651铝合金厚板它具有高的强度良好的韧性抗应力性能和抗剥落腐蚀性能它属于铝锌镁铜系超硬铝合金泛应用于飞机框架整体壁板起落架蒙皮其二是7055超硬铝合金它是目前变形铝合金中强度最高的合金美国铝业公司生产的7075t77合金板材强度比7150的高出107075高出30而且断裂韧性较好抗疲劳裂纹扩展能力强
正当美国铝锂合金研究降温时， 原苏联开始 了 铝 锂 合 金 的 研 究 ， 研 制 出 独 特 的 1420 合 金 （Al-Li-Mg-Zr）系， 锂含量达到 1.5% ～ 2.6％， 含镁 达 4% ～ 7％， 比 2020 合金的比重 更低而弹性 模 量 更高， 1971 年用于航空器， 逐步扩大到苏 27、 米 格 25、 米 格 29、 舰 载 飞 机 、 图 204 等 多 种 飞 机 上， 1420 合金 成功的另一 个重要的原 因是具有 优 良的焊接性， 可采用氩弧焊、 电子束焊、 离子焊 和 电 阻 焊 焊 接 ， 材 料 本 生 减 重 效 益 12％， 用 焊 接 代替铆接， 省去了连接固件和密封胶圈减重效益 12％ 。 后 来 在 1420 的 基 础 上 又 进 一 步 研 究 出 1421、 1423、 1424 等 合 金 ， 强 度 明 显 改 善 ， 且 抗 蚀性更佳、 焊接性更优。 目前， 俄罗斯已初步形 成了一个包括可焊、 中强、 高强的铝锂合金系列， 铝锂合金已经成为俄罗斯最重要的航天航空用轻 合金之一。 于复合材料、 钛合金一同构成了新型 航天航空新材料的三足鼎立局面。
绪 论
绪论飞机构造基础图片苏-27重型战斗机，北约代号“侧卫”(Flanker)，可以算是近十年来最大红大紫的战斗机了。
不论航展上展示优异性能，还是实战中与对手一决高下，大出风头。
在北海的一次巡逻中，苏联飞行员为了赶走一架入侵的P3C反潜机，用“侧卫”的一个垂直尾翼将对方的发动机短舱割开，实在是爽死了！苏-27是优秀的第三代战斗机(苏联和俄罗斯的分代方法称之为第四代)，就飞机本身的性能，尤其是机动性，绝对是第三代中的佼佼者。
苏-27“侧卫”的诸多改进型，如著名的苏-30、苏-34、苏-35、苏-37，都一次又一此次引起世界的轰动。
左图中是一架解放军空军的苏-27双座战斗教练机，下图是解放军苏-27SK型的侧视图，使用了与俄罗斯的苏-27不同的迷彩涂色。
点击查看苏-27系列视频资料：苏-27表演“眼镜蛇”机动双机表演苏-30表演飞行中坠毁改进型苏-37的超机动性表演苏-37表演II 苏-37表演III 苏-30MK表演勇士表演队在60年代，西方国家的以线传操纵系统为核心的第三代战斗机陆续研制成功，苏联的步伐也紧紧跟上。
当时苏联科研机构推出了诸多重型空中优势战斗机方案，从改进的米格-29到图波列夫机翼吊挂发动机的方案，各家设计局都出尽全力。
最终苏-27的前身T-10试验机独占鳌头(右图为飞行表演涂装的T-10)。
随后T-10又发展出众多改型，比如起落架后移、雷达舱加大、主翼翼型变动等等。
最终产生了苏-27，84年正式装备部队。
苏-27刚刚服役就振动了世界航空界，因为它的先进气动布局和强大的机载武器火力(挂载10枚空空导弹)是前所未见的。
随后在西方航展上苏-27精彩的“普加乔夫眼镜蛇”机动动作更是令西方世界惊叹不已。
苏-27最独特之处是它的高机动性。
看看这架表演队的苏-27拉出的气流就可以想到看到它的大迎角飞行性能相当好。
这首先要归功苏霍伊设计局的气动设计和两台留里卡设计局强大的AL-31F发动机。
苏-27采用第三代战斗机流行的翼身融合、大边条、机腹进气、双垂尾的气动布局，机头高于飞机主梁，发动机则挂装在主梁之下，整机呈眼镜蛇弯曲出击的样子，非常COOL。
苏27技术细节
流金岁月：Su-27发展历程研发背景苏-27（Su-27/Cy-27）是由前苏联苏霍伊设计局（Sukhoi Design Bureau）于六十年代末设计的一种前线歼击机（Front-line Fighter，亦称其为拦截歼击机即Interceptor Fighter），北约代号“侧卫”（Flanker）。
当时，美国受前苏联全天候改进型米格-21D、米格-25原型机和米格-23原型机首飞成功的影响，从1965年开始相继提出了F-15“鹰”（YF-15 Eagle）重型战斗机计划和F-16“战隼”（YF-16 Fighting Falcon）轻型战斗机计划作为美国空军未来的新主力战斗机，并形成“高低搭配”的概念。
而与YF-16竞争轻型战斗机计划失败而落选的YF-17则被美国海军看中成为其主力舰载机F/A-18“大黄蜂”（Hornet）。
苏联人当然不甘落后，作为回应，前苏联于1969年开始进行有针对性的PFI（Perspektywnyi Frontowoy Istryebytyel/Perspective Frontline Fighter ）未来前线战斗机招标，其主要目标就是要超越F-15，所以这个计划也简称为“反F-15”（Anti-F-15）。
（Yak-45）、米高扬设计局（Mikoyan）的米格-29（MiG-29以及苏霍伊设计局的T-10（苏-27的原型机，为苏霍伊设计局内部编号，T即Triangular代表三角翼布局，10代表苏霍伊设计局的第十种三角翼飞机）。
经过一番激烈竞争后，当局决定发展较轻的米格-29以对抗F-16、发展重型的苏-27以对抗F-15。
而落选的雅克福列夫设计局则只能抹着眼泪继续独自搞它的垂直/短距起落飞机系列去了。
作为重型拦截歼击机，Su-27的主要设计战术要求是：最大速度达到2500千米/小时（海平面最大速度1500千米/小时）；最大升限18500米；航程2500千米；能够消灭高度为30米到18000米、时速2400千米（海平面时速1400千米）的敌机；能够在1200米长的跑道上起降。
【2019年整理】AL31F发动机
AL-31F发动机AL-31F发动机苏-27系列飞机是当今世界上典型的第三代（俄罗斯称为“第四代”）歼击机，自该机问世以来，曾经创造了快速爬高的多项世界纪录，普加乔夫驾驶的苏-27飞机还首创了著名的高难度“眼镜蛇”机动飞行动作。
据报道，早在1988年已估计有三四百架苏-27战机在苏军中服役。
此后，该系列飞机不仅部署到独联体国家，而且还成功地出口到俄罗斯境外的包括印度和中国在内的一些国家。
这些业绩的取得，都与该系列战机的动力装置AL-31F发动机有密切关系。
AL-31F除了用在双发布局飞机之上，还推出了可用在单发布局飞机上的改型发动机AL-31FN。
因此，AL-31F的过去、现在和未来的发展引起了人们的关注。
简介AL-31F是由俄罗斯留里卡“土星”科研生产联合体研制的带加力燃烧室的涡扇发动机。
该联合体前身是留里卡设计局，组建于1946年，是前苏联的主要战斗机发动机设计局。
在上世纪60年代，留里卡研制了AL-21F系列涡轮喷气发动机，其最大加力推力达11000daN。
1970-1974年投入生产，广泛用于苏-17、苏-20、苏-22、苏-24和米格-23战斗机上。
在AL-21基础上，1976年（另一说法是1973年）留里卡开始研制AL-31F发动机。
1985年该发动机研制达标后，用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机。
AL-31F的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。
推力范围：加力12250daN，中间7620daN。
每台价格300万美元。
AL-31F有一些改进型，其中包括带矢量推力喷管的改进型AL-31FP发动机。
从总体上讲，作为苏-27战机的专用动力装置AL-31F发动机，其性能是优良的，具有明显优势。
（1）尺寸小，推力大。
其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性；压气机增压快速，发动机结构紧凑，保证飞机有较高的推力和良好的机动性。
（2）稳定性高。
可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下，即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下，发动机工作仍然极其稳定。
钛合金
各位老师，大家上午好。
我今天试讲的内容为“铸造钛合金及其成形工艺”，分四个部分进行讲述。
一、铸造钛合金的分类二、钛合金的特性三、钛合金的铸造性能四、钛合金的成形方法一、铸造钛合金的分类钛是同素异构体，熔点1720℃，882℃为同素异构转变温度。
α-Ti是低温稳定结构，呈密排六方晶格；β-Ti是高温稳定结构，呈体心立方晶格。
不同类型的钛合金，就是在这两种不同结构中添加不同种类、不同数量的合金元素，使其改变相变温度和相分含量而得到的。
室温下钛合金有三种基体组织（α、β、α+β），故钛合金也相应分为三类。
1.α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金。
耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500~600℃下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不能进行热处理强化。
牌号有TA7、TA8等。
2.β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金。
不经热处理就有较高的强度，淬火时效后合金得到了进一步强化，室温强度可达1373~1668MPa，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
牌号有TB1、TB2等。
3.α+β钛合金它由α及β相组成，α相为主，β相少于30%。
此合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性好，能通过淬火与时效使合金强化，热处理后强度何必退火状态提高50%~100%，高温强度高，可在400~500℃下长期工作，热稳定性稍逊于α钛合金。
牌号有TC1、TC4、TC6等。
二、钛合金的特性钛及钛合金是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：1. 比强度高。
钛合金的密度仅为钢的60%左右，约4.5g/cm3，但强度却高于钢，如抗拉强度为686—1176MPa，是现代工程金属材料中最高的。
几种金属材料在不同温度下的比强度，可以看出，用钛合金代替钢和铝合金而降低重量是相当可观的。
资料介绍，自20世纪60年代中期起，美国将81%的钛合金用于航空工业，其中40%用于发动机构件，36%用于飞机骨架，甚至的蒙皮、紧固件及起落架等也使用钛合金，大大提高了飞机的飞行性能。
飞机座舱盖有机玻璃的修理方法
飞机座舱盖有机玻璃的应用和修理方法一、有机玻璃在飞机中的应用和其性能特点1有机玻璃的简介及其在飞机中的应用1.1有机玻璃俗称明胶玻璃，由甲基丙烯酸甲酯单体或甲基丙烯酸甲酯和其他改性剂经本体聚合而成，是一种无色透明的热塑性塑料。
战斗机座舱盖有机玻璃的主要品种有：增塑的浇铸有机玻璃，如YB—2、YB —3；共聚的浇铸有机玻璃，如YB—4；不增塑的定向有机玻璃，如DYB—3、MDYB —3；增塑的定向有机玻璃，如DYB—2；共聚的定向有机玻璃，如DYB一4、MDYB一4。
战斗机的座舱盖有两种结构形式：一种是由固定风挡和活动盖组成，这种结构形式应用比较广泛，如图所示歼8B、苏—27等飞机的座舱盖均采用这种结构形式。
另一种是只有活动盖而无固定风挡的结构，这种结构把前风挡、侧风挡和活动盖合并成一体，结构较为复杂，只在少数机种上使用，如歼8白天型飞机等。
图一歼八B座舱盖图二苏—27座舱盖(a).YB—2航空有机玻璃(2号航空有机玻璃)YB—2是我国最早生产和使用的航空有机玻璃。
它是以甲基丙烯酸甲酯和增塑剂为主要原料经本体聚合而制成的板材。
由于其不含紫外线吸收剂，所以容易发黄。
该玻璃无色透明，强度较高，成形加工等工艺性能好，但其耐热性能较低，适用于制造飞机的非气密和气密座舱透明件及其他航空透明件，如歼5、歼6、强5和轰5等飞机的座舱盖，轰6飞机的第二领航舱玻璃、尾观察窗玻璃等。
(b).YB—3航空有机玻璃(3号航空有机玻璃)YB—3是以甲基丙烯酸甲酯、少量增塑剂和微量紫外线吸收剂为主要原料，经本体聚合而制成的板材。
该有机玻璃无色透明，强度比YB—2略高，热变形温度和软化温度均比YB—2高，分别为102~C和118~C。
该玻璃可用于Ma2．2以下各型飞机气密座舱的透明件和其他透明件，如各型歼7飞机座舱盖等。
图三轰五座舱盖图四歼7飞机座舱盖(c).YB—4航空有机玻璃(4号航空有机玻璃)YB—4是以甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸作为主要原料共聚而成的板材，其强度和热变形温度比YB—3高，加工性能较好，但其耐老化性能比YB—2、YB—3差，因此YB—4制成的座舱盖玻璃使用寿命不长，只在歼8白天型飞机座舱盖上使用。
长空利剑——盘点世界八大著名战斗机
长空利剑——盘点世界八大著名战斗机作者：施征来源：《科学24小时》2011年第05期战斗机是现代战争中无可争议的“空战之王”，倍受无数军事迷的追捧。
下面我们就为您盘点一下搏击长空的“空中雄鹰”们……米格-15战斗机二战结束后，世界各国战斗机的形态发生了质的变化，进入了喷气时代。
米格-15便是前苏联第一代喷气式战斗机的代表。
该机1947年6月首次试飞，1948年6月投入生产，并成为前苏联空军的主力战机。
米格-15采用机头进气模式。
其机身上方为水泡形座舱盖，内部配备弹射座椅，气流在机头由进气道内的隔板分为左右两股，机翼位于机身中部靠前，后掠角35°，带4枚翼刀，翼下可挂两只副油箱或炸弹。
因此，米格-15是前苏联第一种实用的后掠翼飞机，已初具现代喷气式飞机的雏形。
其机翼穿透机身，与进气道内的隔板总计将气流分为4股。
该机不装备雷达，不具备全天候作战能力。
米格-15投产不久，朝鲜战争爆发，这给了米格-15战斗机一个极好的实战验证机会。
在朝鲜战场上，米格-15的主要对手是美制F-86军刀战斗机。
米格－21战斗机米格-21战斗机是前苏联米高扬设计局研制的轻型超音速歼击机。
1953年开始设计，1955年原型机试飞，1958年开始装备部队。
米格-21战斗机是20世纪60年代前苏联空军的主力飞机。
其独特的三角翼布局设计及平飞时超过2马赫的卓越飞行性能令世人注目。
该机后成为40多个国家空军的主力机种，被誉为“米格外交家”。
北约集团却将之蔑称为“鱼窝”。
时光转入21世纪，米格－21战斗机仍宛如“不死鸟”般，在一些地区冲突的最前沿奋战不已，且依然被不下30个国家作为主力战斗机使用，总产量不少于6000架。
这么高的产量位居有史以来超音速喷气机之首，远超美国的F－4“鬼怪”，若加上其他国家从前苏联引进制造的“翻版机”，估计会达到8000架以上。
F-15鹰式战斗机F-15鹰式战斗机是全天候、高机动性的战术战斗机，它是针对获得与维持空中打击力量的优势而设计的，与F-16、美国海军的F/A-18等同，归为第三代战斗机。
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苏－27歼击战斗机与结构材料
梁慧凤金属世界 1997.5
航展会上一举成名
法国巴黎的国际航空展久负盛名。
在第38届国际展览会上，一架银灰色的飞机非常引人注目，它的机头下倾，前机身圆粗的拱形逐渐向后扩展为宽而平的表面，使机身与机翼之间平滑地过渡，与中央机翼融合为一体，后边是两个大立尾，这就是后来人们所熟知的苏－27歼击战斗机.
苏－27飞行表演开始了。
飞行员接到起飞的指令，发动机一阵轰鸣，飞机以极快的速度向着跑道方向猛冲过去，看它那憋足了劲的架式，在场的许多参观者都认为，它准是要直冲云霄而去，但是出人意料的是，只见它机头猛然抬起，飞机腾空而起，几乎是向上窜起的姿式，然后机头后仰，瞬间机尾在前，飞机的仰角竟达到110-120°，此时飞机并没有爬升，而是仰卧着“肚皮“朝天继续向前平飞，速度骤然下降。
这时在场的人目瞪口呆，简直不知飞机要干什么。
大约过了几秒钟，只见机头飞快地向前一甩，倾刻间飞机竟变得像一条伸颈昂首的眼镜蛇。
这种魔术般的超常规飞行表演，使在声的参观者大开眼界，惊叹不已，就连空军同行也认为超出了他们的想象。
这个动作的创始人是普加切夫，因此这个动作被称为”普加切夫眼镜蛇“。
苏－27出色的飞行特技表演，目的是向人们展示这种大型而灵活的飞机，具有近距空战高度的机动能力。
这个眼镜蛇动作的术语叫“动力制动“动作，它远远超过了西方所有现代化飞机。
飞机瞬间改变飞行姿态，对提高空战能力具有重要的意义。
第一，在激烈空战格斗中，可为飞行员提供在复杂的飞行中迅速瞄准、打击目标的机会。
第二、迅速摆脱被动处境而占据有利地位，几秒钟前，敌机还咬住你的尾巴，这时你来个”眼镜蛇“动作，敌机还来不及反应就冲到你前面去了，瞬间变成了你炮口上的活靶子。
第三，飞机通过”眼镜蛇“动作的减速性，使雷达暂时中断，失去目标，从而摆脱多普勒雷达的跟踪。
苏－27在航展会上所做的“眼镜蛇“飞行表演，在现代空军发展史上是前所未有的，是一次21世纪的飞行。
它表明俄罗斯研制的军用飞机的各项技术领先地位，从此轰动西方航空工业强国，使他们不得不对苏－27刮目相看，同时也对俄罗斯战斗机的研制水平进行了重新估价。
苏－27结构选材
苏－27飞机标准型的机身基本上是全金属结构材料制造，主要采用了大量的高性能钛合金与铝合金材料。
为了减轻得量，还采用了许多新的工艺技术和先进材料。
特别是焊接技术的应用，对减轻重量起了很大的作用。
对于重要部件大都采用了钛合金的焊接结构，例如带加强筋的中央翼壁板，它是一个支撑整个飞机的关键构件，采用钛合金焊接结构后，可使重量减轻100kg，可见焊接技术促进了钛合金材料的应用。
其次除前机身之外，遍布机体的多个次受力部位的框、梁、肋及壁板等，都使用了较多比强度高的铝锂合金材料。
复合材料在标准型飞机上总的用量较少，其中机头罩、垂尾前缘、前舱仪表护罩等采用玻璃纤维复合材料。
座舱盖保护风挡蒙皮采用碳纤维复合材料。
它的动力装置采用两台留里卡设计局研制的AL-31F型涡轮风扇发动机，涡轮叶片采用耐高温合金材料，并应用了新的工艺技术，使燃气温度高于叶片材料100℃时，叶片强度仍可满足使用要求。
近些年来，随着新技术、新工艺的发展，新材料在不同程度上满足了飞机结构设计的要求。
特别是非金属复合材料，它与金属材料相比，不仅强度、刚度好，而且比重也很小，这不仅可以大幅度降低飞机的结构重量，而且非金属材料还能吸收雷达波，又是重要的隐身措施。
因此在后来发展型苏－27系列上采用了较多的复合材料。
苏－27家族发展
俄罗斯有很多军用飞机的研制、生产机构，并且具有很强的基础和实力，从已经上天的新型战斗机来看，其喷气式飞机已具备了与西方最新设计相竞争的能力。
但是由于经费有限，现在俄罗斯已不可能像前苏联那样，同时研制多种型号的专用作战飞机，而是采取对已被证明了是高性能的机种，尽可能挖掘其“一机多型、多种功能”的发展策略，因此就使苏－27飞机家族不断壮大。
发展型从外形结构上与标准型都很相似，但同时又针对不同任务的特点进行了局部改装，因此派生出一批苏－27家族的新成员。
例如近年开发研制的双座型苏－27UB型，它与标准型的主要区别是驾驶舱与垂尾部分；加装了受油设备的苏－30型;海上攻击侦察型苏－32FN;三翼面布局结构的苏－33舰载型;远程攻击轰炸机苏－34型;新型制空作战型苏－35;以及最近新研制的超机动性的苏－37型等等。
结束语
歼击战斗机是各国兵器装备的主要空中力量，一般都用它夺取空中优势，保护地面设施。
因此，战斗机在现代战争中具有举足轻重的
作用，世界工业强国都把战斗机作为发展重点，所以战斗机的研制工作一代接一代，从来也没有间断过。
现在以美国F-22型战斗机为代表的第四代战斗机已经定型生产，它标志着一种全新设计的新一代战斗机即将登上航空历史舞台。
它同时表明，航空材料技术正在发生巨大的变革，不断涌现的各种新材料，正在稳步取代传统的航空材料。
正是不断开发研制的许多新材料，才为一系列尖端科学技术的发展和应用开拓了更加广阔的前景。