为何歼20座舱盖改为土气的有框结构？

为何歼20漂亮的水泡式座舱盖改为土气的有框结构

中国空军发言人申进科大校在北京发布消息称：空军试飞员将驾驶国产歼-20战机参加第十一届珠海航展的飞行展示，这也是中国自主研制的新一代隐身战斗机的首次公开亮相。

日前有网友在广东某地机场拍摄到了转场而来的歼-20双机低空训练照片，也进一步印证了上述的消息。有细心的网友发现这架刚刚进入中国空军服役的歼-20初期量产型，与早期的歼-20验证机和原型机有一些明显的区别。尤其是座舱盖，早期歼-20原型机的座舱盖与美国F-22战斗机高度相仿，是整体式无框座舱盖，充满着梦幻般的美感。而量产型歼-20的座舱盖则加装了一道加强筋，看上去像是采用了传统三代机普遍使用的两片式座舱盖。

很多人失望的认为，这是中国航空玻璃工业技术落后，歼-20原型机的一体成型整体式“玻璃”座舱盖存在技术原因，导致未能安装到量产型飞机上。

这种说法并不是事实，其实歼-20座舱盖的变化，恰恰反映了中国战机舱盖技术和航空玻璃制造技术的进步。座舱盖使用加强筋，是一种技术上的选择，并不是技术退步的标志。

我们先说说现代化战斗机座舱盖技术。一般来说，第四代战斗机的座舱盖应该具有高透光性，透光率要大于90%。同时还要具有良好的阻光性，即座舱盖材料在允许可见光进入的同时，还要防止红外线和紫外线的进入。

由于第四代战斗机具有超音速巡航能力，所以座舱盖还要有高强度，例如美国F-22战斗机的座舱盖可以承受1.8公斤异物（飞鸟）以650公里/小时速度的撞击。在1992～2008年，我国军用飞机因鸟撞造成20起严重飞行事故和210起飞行问题，导致18架飞机坠毁，12名飞行员牺牲，所以中国高度重视战机鸟撞问题，规定第四代战机在以海平面最大巡航速度速度（通常为900公里/小时）飞行时，被1.8公斤质量的鸟撞，复合材料表面应不出现大于2.5毫米的凹坑，金属材料要求1400公里时速鸟撞不被击穿，这对于全机金属/复合材料和舱盖材料强度的要求相当高。

除了上面这些特点，先进座舱盖还要耐磨，重量轻，并有一定的经济寿命，例如美国F22战机的座舱盖透明体造价高达40万美元一个，加上框架组件的总价突破了100万美元，而且座舱盖并非全寿命部件，每隔一到两年时间就要更换，这是一般国家承受不起的。

早期歼-20战机的座舱盖，与美国F-22战机的座舱盖技术相同，都是一种多层复合材料的整体式无框座舱盖。这种舱盖的材料为丙烯酸酯和聚碳酸酯复合结构，丙烯酸酯材料具有良好的透明性，透光率达到90%，接近高级光学玻璃的性能。丙烯酸酯材料的重量比较轻，密度仅为老式座舱盖无机玻璃的50%，所以可以加工的很薄。但这种材料的耐冲击性和耐温性较差。

而聚碳酸酯材料具有高透光率、高折射率、高冲击强度、高变形温度，稳定性好，易加工成型等优点，但长期暴露于紫外线中会发黄，而且耐磨性差。

一体成型座舱盖是综合了两种材料的优点，将多层丙烯酸酯和聚碳酸酯材料层合后压叠成型。早期使用传统的复合材料压力成型法，因此做一个F22那样的座舱盖，一层一层压，全套工艺耗时一个半月，成本相当高昂。最先进的做法是一次注射成型，尽管注射成型法是一种普通的有机玻璃制品传统工艺，但丙烯酸酯和聚碳酸酯是不同材料，还能做到注射成型而各层不乱，这就考验技术了，这是中国和美国都密不外传的手艺，目前俄罗斯都没有这种注射技术。

歼-20的后期原型机和量产型改为带有加强筋的整体式座舱盖，主要是弹射技术路线的选择问题，与座舱是否先进无关。

歼-20战机原型机和美国F-22战机都采用抛盖弹射。战斗机飞行员在拉动弹射手柄的时候，同时启动一个联动机构，该联动机构促使座舱盖先解锁，接着抛掉座舱盖，之后座椅弹射机构才开始工作。这种抛盖式弹射救生的方式在很多第三代战机上也有采用，例如美国F-16战机也是抛盖式的整体座舱盖。

歼-20原型2001号验证机的座舱盖，与美国F-22战机几乎一摸一样，连舱盖前端的抛盖火箭都完全相同。

歼-20早期原型机和美国F-22战机的整体式水泡型座舱盖相当美观，由于无"肋骨"，可以给飞行员提供接近无死角的全方位观察视野，为飞行员的安全飞行与执行任务提供了更为良好的视界条件。为满足透明件抗鸟撞的强度要求，需要将整体式座舱透明件风挡部位加厚而舱盖部分减薄，即制成整体变厚度透明件。变厚度座舱透明件代表着航空玻璃工业的最高水平。洛马公司曾经说过，F22的整体座舱是整个F22项目里最复杂最有挑战性的工作之一，相信歼-20的研制过程也是类似的情况。

但这种整体式的座舱盖有个很明显的缺陷，那就是为了保证强度需要将舱盖玻璃加工的很厚重，美国F-22战机舱盖顶部最薄的地方，也有2厘米厚度，全套舱盖的重量高达500公斤，这对于以克计较的战斗机来说显得偏重。

到了歼-20的2011号原型机面世的时候，人们发现其座舱盖有了巨大的变化。尽管这种座舱盖还是整体开启的水泡式舱盖，但是在中部安装了加强筋，加强筋提供了额外的强度，因而可以大幅度降低风挡的厚度，降低整体重量，可以说是种相当巧妙的设计。座舱盖顶部还布设爆破索，说明是弹射由抛盖式变成了穿盖式。

抛盖式弹射的时候需要等座舱盖抛出后才能弹射，有零点几秒的延时，在某些特定情况下对飞行员是致命的。而穿盖式弹射则是舱盖爆裂和弹射同时进行的，是用舱盖上的爆破索将座舱盖切割破坏，然后用椅背穿盖而出，这就要求座舱盖不能太厚，这使得座舱盖的强度下降，所以必须有加强筋。

穿盖弹射的一个核心技术在于柔性传爆索，是采用微爆索穿盖弹射救生系统，在弹射座椅接触舱盖透明件前，微爆索爆炸工作，使舱盖透明件产生破裂和初始裂纹，然后依靠座椅的穿盖器来完成弹射通道障碍的清除，此时飞行员穿过碎片区时可能会被割伤，不过气流会吹离碎片，再加上头盔、面罩等护具的保护，这种风险被降至最低。该项技术主要适用于第三代和第四代战斗机的定向航空有机玻璃舱盖。

国产歼-20座舱盖先后应用两种不同的技术路线，一个是抛盖弹射领域美国率先采用的先进工艺，一个是穿盖弹射领域美国率先采用的先进工艺。歼-20舱盖的改动，说明继美国之后，中国也掌握了这两项生产工艺。

这两种技术在具体使用上各有优缺点，只不过穿盖弹射的歼-20座舱，在外人眼里看上去“土气”些罢了，但这“土气”的舱盖目前只有中国和美国能生产出来，没有之一。