日本五代机要用全碳纤维造 步子跨的有点大

摘要

日本下一代战斗机F3计划采用激进设计，全面使用碳纤维复合材料作为主结构材料，这在人类历史上尚属首次。然而，该设计存在较高风险，因为复合材料在抗冲击能力和探伤技术等方面存在局限性，且战斗机内部关键结构区域的状态难以检测。尽管日本在复合材料制造方面领先，但民用飞机与战斗机的设计要求差异大，导致F3的结构设计面临更大挑战。此外，F3的设计可能受日本国内政治和官僚因素影响，为获得立项和资金，可能过分追求性能指标的拔高和设计的标新立异，这可能影响战机的抗战损性能、可靠性和可维护性。

正文

在日本真正的下一代战斗机F3的型号方案——而不是现在的“心神”验证机上，有一个令人感到非常意外的激进设计：整个飞机的主结构，将全部使用碳纤维复合材料。

如果未来F3战斗机能真的投入研制——这受日美关系等政治因素影响极大、而且确实按目前公布的规划展开研制；那么这将是人类历史上，第一款全面以增强塑料作为主结构材料的战斗机。

歼20后机身大框

从总体性能的收益和风险权衡上看，F3战机的结构材料规划过于激进，风险过高，而必要性上缺乏足够强力的理由。

因为在现有的技术限制下，复合材料仍然有较大的局限性——比如由于复材本身的设计原理，它抗冲击的能力远远不能与传统的高强度金属材料相比，探伤技术和寿命管理体系仍然存在很多不成熟的地方。

在战斗机上，由于空间极度封闭狭窄、无法被检测设备触及和抵达；很多关键结构区域是从制造、装配完毕开始，直到全机报废退役时，它的具体状态——比如腐蚀、裂纹等，都始终处于不可知的状态。

而针对这种情况的解决之道，只有两个措施同时运用：在结构设计时，能对结构的疲劳破损、腐蚀老化等进展，非常准确的进行规划和预测。

而在吃不准的情况下，加大结构设计上的冗余量，做的更结实一些；但这意味着结构件更为厚重，挤占机身内部用于装载燃油和设备的空间，而且重量增加。

战机核心结构的设计规划和预测能力，有相当一部分都是建立在工程经验的基础上——比如欧美的惯例，就是从原型机到批产服役的军机，都要定期进行全机、或者部分结构的拆毁性检查。

在F22和F16上，有1/3的结构故障，都是在对静力试验样机的彻底拆毁检查才得以暴露。中国战机在结构设计水平上的欠缺，非常关键的一部分就在习惯上对于战机的拆毁检查和分析总结严重缺乏重视。

F3全面使用复合材料作为机身的主结构材料，意味着在结构设计的规划预测上，存在的不确定性要大大高于传统金属材料。出于结构上的巨大差异，F2机翼的设计和使用经验积累，不足以确保F3机身的设计可靠性。

F2

仅从复合材料结构的制造上，日本无疑是全球顶尖的水平，波音787的分工就是这一点的证明。但是波音787的机身与机翼，和F3这样的战斗机在具体结构上、设计要求上相差甚远——比如波音787不存在抵抗导弹和炮弹的抗战损要求。

这些问题，一方面会迫使F3结构设计中采用更大的余量，削弱材料性能在理论上的减重优势；另一方面，有非常高的概率，F3的机身核心结构，会在寿命中后期，出现大面积的严重故障爆发，而且非常难以修复、甚至是不可修复的。

波音787

如果将视线扩展到日本其它自行研发的飞机，特别是军用飞机上，从它们的经验教训看；F3的规划与其说这是出于追求战机极致性能的大胆冒险，不如说是日本国内政治因素和官僚环境局限下的传统性设计失控。

为了获得立项通过与财政拨款，F3项目必须在性能指标上不顾实际的加以拔高，关键设计特征上尽可能刻意的标新立异，以凸显项目的必要性。

以日本的能力来说，F3采用全复材结构；飞是一定能飞的起来的，试飞阶段通过各种极限指标的考核，问题也不是太大。但是结构的高标准抗战损性能、长期使用的可靠性和可维护性，真实寿命表现，玩脱的概率是非常高的。

来源：装备参考