[科普中國]-【材料改變戰(zhàn)爭】塑出天神的羽翼：決定空戰(zhàn)走向的材料革命

編者按：

材料是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類社會不斷地發(fā)展進步，就在于人類能夠利用材料制造工具并用來改造世界。正所謂“一代材料，一代裝備”。新型材料的誕生與發(fā)展，會推動武器裝備和作戰(zhàn)樣式出現(xiàn)重大變革。那么，從古至今，材料在戰(zhàn)爭中的應(yīng)用發(fā)生了哪些變化？即日起，科普中國軍事科技前沿將推出《材料改變戰(zhàn)爭》系列科普文章進行解讀，歡迎關(guān)注。

從掌握內(nèi)燃機，到戰(zhàn)爭離開地表進入天空，人類不過只用了幾十個太陽公轉(zhuǎn)周期的時間。想一想吧，從學(xué)會拿著石矛到開始手持銅劍，人類花了幾百萬年的歲月。是不是覺得太快了？

那么，隨著戰(zhàn)場向立體方向的擴寬，飛行器的材料技術(shù)實則也在決定著每一輪空戰(zhàn)，每一次戰(zhàn)役，乃至每一場戰(zhàn)爭的走向，一切正如杜黑所說：“掌握制空權(quán)就是勝利，沒有制空權(quán)則注定失敗”。

圖為貼合中的P-47戰(zhàn)斗機鋁合金蒙皮，可見細(xì)密的鉚釘。（圖源：Warbird Information Exchange）

知其一不知其二：零戰(zhàn)和超級杜拉鋁

從極端恐懼，“談零戰(zhàn)色變”到輕松戲耍這款舊日本海軍航空兵的精銳戰(zhàn)斗機，美國人的心態(tài)轉(zhuǎn)變只用了幾個月時間，這不僅是因為性能碾壓的F6F“地獄貓”戰(zhàn)斗機已經(jīng)接近實裝，更是因為美國人在阿拉斯加意外得到了一架完整的零戰(zhàn)，通過評估之后發(fā)現(xiàn)了它的兩個重要弱點，其中一個還特別致命：零戰(zhàn)的金屬材料特別易燃，以至于到了.50機槍燃燒彈碰到必起火的地步。

當(dāng)然我們今天都知道，日本住友金屬研發(fā)的“超級杜拉鋁”一方面能極大降低零式戰(zhàn)斗機上主要構(gòu)件的重量，另一方面卻也導(dǎo)致零戰(zhàn)成了“易燃火鳥”。

但是，“超級杜拉鋁”并沒有在戰(zhàn)后被棄用：所謂“杜拉鋁”正是鋁和銅的合金，“超級杜拉鋁”則把部分銅換成鎂和鋅，這種銅鎂鋅鋁合金在今天可謂是大放異彩，于電子產(chǎn)品領(lǐng)域大范圍應(yīng)用，也就是所謂“7000系鋁合金”。

那么，日本人到底錯在哪？其實“超級杜拉鋁”的配比并沒有問題，只是日本人在制造這款金屬材料的過程中，少了一道關(guān)鍵的陽極氧化工序，后者正是現(xiàn)代鋁合金得以做到強度和防火并存的關(guān)鍵。

奇跡的萬能鑰匙：航空膠合板

圖為大量使用膠合板件和木件的“蚊”式戰(zhàn)斗轟炸機實物。（圖源：acesflyinghigh）

不得不說，在碳纖維復(fù)合材料大行其道的今天，林木作為航空材料仍在某些特定領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，足可見這種自然材料的強度之大。

而在第二次世界大戰(zhàn)時，航空膠合板更不是“落后”的代稱；恰恰相反，大量戰(zhàn)機正是依靠著木材和膠水飛上天空，甚至還有機翼主體使用云杉，表面使用膠合板的“木頭奇跡”，英國“蚊”式戰(zhàn)斗轟炸機。

如果再把標(biāo)準(zhǔn)放寬一些，那么美國在二戰(zhàn)大范圍使用的拖曳式空降滑翔機，也幾乎是純木制結(jié)構(gòu)，這些被美國空降兵們蔑稱為“飛行棺材”的滑翔機產(chǎn)量超過13000架，生產(chǎn)企業(yè)涵蓋汽車制造廠、冰箱廠、甚至還有家具廠和棺材廠，倒也算是“名副其實”。

當(dāng)然了，這種被士兵廣為詬病的材質(zhì)，要加工生產(chǎn)也并非易事。航空膠合板本身需要高質(zhì)量的樺木、橡膠木等硬木，還需要復(fù)雜化工產(chǎn)線生產(chǎn)的專用膠水——二戰(zhàn)時期蘇聯(lián)從盟國手中接收的重要物資之一，就是用于制造和黏合航空膠合板所需的特種膠水與設(shè)備。

更高，更快，更燙：鈦合金與不銹鋼的傳奇

圖為流傳被售賣的SR-71偵察機殘破部件，多年來看不到哪怕一絲銹痕。（圖源：worthpoint）

木材易于加工，鋁合金則重量輕，硬度高，但在人類突破了兩倍音速，朝著三倍音速沖擊的關(guān)口，它們卻都雙雙出局：無它，即便是在高海拔空氣稀薄的低溫環(huán)境下，三倍音速的飛行器表面也會有350攝氏度以上的摩擦溫度。

當(dāng)然，除了燃點確實只有一二百（根據(jù)具體材質(zhì)而定）的木材之外，鋁合金也能擁有數(shù)百攝氏度的燃點，但即便數(shù)百攝氏度的熱氣流無法點燃鋁合金，鋁合金也會在持續(xù)加熱中軟化變形，失去支撐戰(zhàn)機結(jié)構(gòu)的主要功能。

為此，美蘇兩國在同樣掌握鈦冶煉技術(shù)的同時，卻交出了完全不一樣的答卷：美國人選擇了加工難度和成本均極高的鈦合金，換來了它超群的耐熱、耐腐蝕和機械性能、以及輕到極致的重量；而蘇聯(lián)則在價格低廉的不銹鋼上下功夫，最終把米格-25系列截?fù)魴C的生產(chǎn)成本降低到了可接受的地步，整體效果同美國同行不相上下。

至于到底誰贏了？就幾十年后的今天，我們下定論或許還是顯得太早：在鈦合金制造的航天飛機之后，不銹鋼建造的“星艦”超級運載火箭已經(jīng)顯示出了更強的運載能力和成本控制水平，總的來說它們之間勝負(fù)未定，好戲還在后頭。

出品：科普中國軍事科技前沿 策劃：趙清建

制作：旋鈕工作室

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部