最近,关于美国将要退役30架F-22的消息引发了争议,特别是美军高层对这批“F22落后到完全没有实战价值”的评价,让很多崇拜美军强大的人受不了。F-22相比歼-20为什么落后?主要原因机载雷达、航电、数据链的严重落后,以及红外态势感知设备的缺失,而且还没有什么改进空间。

F-22被认为是最昂贵的战斗机,还不仅仅是其采购成本高,而是隐形涂料技术落后,现在外表已经出现破败不堪的情况,后勤保养成本贵,也就是不好伺候。其实,F-22落后的领域还包括超材料的使用不足,导致在减重和结构强度上的落后。

中国超材料技术让战机隐形能力更强,决定中美的六代机竞争态势

今天,我们有必要了解一下中国超材料技术的发展情况,因为战斗机使用超材料技术不但能大幅度减重,对隐身性能也有很大帮助。

我们先看一下中国在超材料领域的进步。日前,华中科技大学的科研团队设计了热隐身超材料。这种材料能屏蔽外部温度场对器件内部物体的干扰,相当于用超材料给电子元器件做身“隔热衣”,对降低电子元器件工作时的温度,对提高可靠性、精密度及使用寿命都具有重要意义。

无独有偶,上海交通大学材料科学与工程学院的团队成功打印出密度为1.63克/立方厘米的钛合金学超材料,其屈服强度和最大压缩强度分别达到308兆帕和417兆帕。

中国超材料技术让战机隐形能力更强,决定中美的六代机竞争态势

金属力学超材料是由特定结构单元在三维空间按一定规律排列而构成的多孔金属材料,比商用镁合金WE54和AZ91更轻、更强、更耐蚀。中国航天空气动力技术研究院航天飞行器气动热防护重点实验室声称,研制成功一种非常薄的表面材料能用在乘波体的高超音速飞行中,不仅隔离了上千度的高温,而且同时还能允许信号自由穿透。

在中国超材料大会上,相关企业纷纷展示了电磁超材料、太赫兹超材料、信息超材料、声学超材料、光学超材料等不同的细分技术种类。

再说回战斗的为了提升隐形性能所使用的超材料。

中国超材料技术让战机隐形能力更强,决定中美的六代机竞争态势

过去战斗机使用传统的雷达吸波涂料,覆盖的波段相当有限,无法实现更多雷达波段的隐形。

而超材料的使用有希望将战斗机的隐身技术带入了一个新时代,可以通过在物体表面覆盖特殊的超材料,引导着被物体阻挡的电磁波绕着超材料走,从而实现更好的隐身效果。超材料隐身技术能够覆盖1-18GHZ频段,也就是大部分军用雷达常用频段。

从后勤保障的解度看,超材料本身就是飞机的结构架,维修成本非常低,结构强度高,不会出现F-22那种涂层脱落或起皮现象。所以,中美下一代战斗机发展都选择宽频隐身作为首要指标,谁的超材料技术先进,工程化应用水平高,战斗机的隐形性就会更强,就能在竞争中赢得先机。

中国超材料技术让战机隐形能力更强,决定中美的六代机竞争态势

此前,央视专门播出了一期解密的中国新型隐身材料节目,共披露了4款隐身材料:微金属结构隐身材料、海绵结构隐身材料、皮质结构隐身材料、涂层结构隐身材料。其中闪烁着金光的微金属结构隐身材料格外抢眼,这就是5年前就已经公开的“超材料薄膜”。

中美在超材料的研发上应该处于同一水平,但是双方在工程应用上却有着不小的差别。现在中国的超材料已经从第一代,发展到了第4代,也就是从二维平面向三维蜂窝状结构设计的跨越,可以实现高性能吸波效果。

超材料的使用还受限于加工的大小,中国已经在这方面进入自由王国。现在的第四代超材料,也就三维蜂窝状结构的第四代超材料隐身产品,已经实现由有限尺寸向近似无限尺寸的转变。

中国超材料技术让战机隐形能力更强,决定中美的六代机竞争态势

一家位一深圳的中国超材料研发企业表示,第四代超材料技术具有三大特点:首先它在很多关键指标上面有十倍数量级的提升;具有更大的超大带宽吸波特性;工艺制造结构可以让飞机的重量更轻;使用范围进一步提升,不仅仅应用于机身关键部位,甚至可以覆盖到全身。

也就是说,我们想要造什么外型的就可以是什么外形,需要造多大就造多大,战斗机的综合隐身性能又能提升一个数量级。

另外,中国的超材料不仅在航空装备应用领域逐步实现批产,还在舰艇应用领域取得了突破性进展。说明超材料的使用成本在中国这边也不算太贵,是一种完全可以大范围推广的新型材料。

相比而言,美国的超材料技术科研水平很高,但是在工程化应用方面落后。中美未来的下一代战斗机,高超音速飞行器等领域的竞争,中国将因为在超材料领域的不断突破站在更高的起点上,完全有可能领先一步。

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