殲20作為中國自主研製的第一款五代重型隱身戰機,殲20的裝備服役不僅填補了中國在五代隱身戰機自主發展上的空白,更重要的是殲20的裝備服役極大的增強了我人民防空、空域攔截的綜合實力。當然對比國外其他五代隱身戰機會發現殲20比同級別的F22、蘇57等雙發重型隱身戰機體型大了一圈,更大的機身表面積從隱身角度來說意味著更大的雷達波反射面積,不利於戰機隱身需求。但是殲20相比同級別更大的機身尺寸下,卻有著更好的隱身能力,除了優秀的氣動佈局雷達隱身設計外,更離不開殲20所採用的的“21世紀材料之王”所打造的殲20隱身戰衣加持。
首先我們來了解開一下什麼是“石墨烯”?石墨烯材料是2004年英國兩位科學家透過剝離法提取出的只有一層碳原子結構的分子材料,這種材料具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景。那麼對於殲20隱身戰機而言,石墨烯材料又有什麼優勢呢?
一、石墨烯材料的導電性非常好,甚至比現階段工業材料中廣泛使用的金、銀導電性更強,那麼對於殲20隱身戰機而言,導電性更強的石墨烯材料用途就非常多。首先石墨烯材料可以用於製造機載雷達、航電火控裝置,藉助石墨烯更強的導電優勢可以大幅增加相控陣雷達的發射功率,繼而增強雷達的探測距離和提升航電系統的反應速度等等。
二、石墨烯材料優異的導電效能也非常適合作為戰機隱身塗層,因為戰機作為一個金屬結構體在高速飛行過程中與外界空氣摩擦,整個機身周圍會產生非常強的電負荷,對於戰機隱身而言,如果不能將纏繞在機身周圍的電負荷快速釋放出去,纏繞在機身周圍的電負荷會產生非常強的電磁波、同時又具有很強的電磁波反射能力。所以之前包括F22、F35隱身戰機為了提升整個機身的導電、放電能力,故意在機身塗層中摻雜一些具有強導電能力的液態金屬銀等材料來增強整個機身的導電性,繼而提升戰機的隱身能力,但不管是金屬銀還是其他導電性非常強的傳統材料導電效能有限,對於戰機的隱身能力依然有很多不足之處存在。
但是石墨烯材料不一樣,石墨烯材料具有極強的導電效能,比如中國自主研製的殲20隱身戰機的外表塗層中就摻雜有石墨烯材料,這就使得殲20在超音速飛行過程中,雖然機身與外界空氣摩擦會在整個機身周圍產生非常強的電負荷,但是藉助於石墨烯優異的導電效能優勢,其可以快速將機身外表產生的電負荷釋放出去,降低殲20戰機自身的電磁波輻射能力和電磁波反射能力,繼而增強殲20戰機的隱身能力。
三、戰機在高速飛行過程中,機身除了與空氣摩擦會產生強電磁輻射外,更容易摩擦產生熱輻射、特別是傳統戰機使用的金屬蒙皮散熱性差,很同意成為敵方紅外偵察裝置上的“亮眼目標”。比如大名鼎鼎的一代碟王“SR-71”戰略偵察機最大飛行速度超過3馬赫以上,在超音速飛行過程中機身受熱會膨脹、機頭最高溫度能達到1700攝氏度以上,同時其發動機微噴口的紅外輻射特徵也是非常強。
因此對於殲20這類五代隱身戰機而言,除了要能夠實現雷達隱身外,紅外隱身也是必不可少的,好在藉助殲20隱身塗層中摻雜的石墨烯材料不光具有很強的導電效能可以提升戰機的隱身能力,而且石墨烯材料還具備很強的導熱效能。這樣殲20戰機在超音速飛行過程中,機身蒙皮和外界空氣摩擦產生的大量熱會被石墨烯製成的塗層迅速散發到空氣中去,長時間保持殲20在超音速飛行速度下,整機紅外輻射特徵依然非常低,當然包括殲20的發動機黑黑的尾噴口也是噴塗有天然黑色材料石墨烯製成的紅外隱身塗層的。
四、石墨烯作為一種高分子材料,其穩定性非常高,六邊形分子排列順序使得其具有很強的韌性同時,硬度有非常高,甚至比傳統的鋼鐵及同一種元素的鑽石、碳纖維材料還要堅硬,但是石墨烯材料又非常輕。那麼未來隨著石墨烯技術的突破,未來石墨烯材料除了能夠用於戰機隱身塗層中外,更是直接可以作為戰機的機身蒙皮使用。這樣戰機出廠後完全不需要噴塗包括雷達隱身、紅外隱身、防鏽等各種塗層,能夠限制降低戰機自身的空重,將更多的載荷留給燃油、導彈等,更低的結構重量也能進一步增強戰機的超機動飛行能力。
更甚者未來直接可以用石墨烯製成的材料加工戰機的結構框架,藉助石墨烯具有很強硬度、質量輕的優勢大幅降低戰機自身空重和結構強度外,石墨烯優異的韌性優勢也能進一步增強戰機的機身結構壽命,提升戰機的出勤率和飛行時數。
五、石墨烯材料除了具備很強的導電性和導熱效能外,石墨烯材料的透光性也非常好。前面也說過石墨烯是由一次碳原子組成的分子材料,所以質量輕、透光性好,但是其分子排列又非常緻密,就連最小的氦原子都不能透過,所以石墨烯材料除了能夠用於戰機座艙玻璃隱身塗層外,後期更是非常適合作為座艙玻璃材質使用。比如現階段批次裝備服役的殲20隱身戰機,除了機身塗層內摻雜有能夠提升殲20雷達、紅外隱身能力的石墨烯材料外,殲20的座艙玻璃上也噴塗有一層薄薄的、雷達輻射特徵低、紅外輻射能力差、但是透光性非常好的石墨烯塗層。
但是上世紀80年代美國研製F22隱身戰機的時候,石墨烯材料還沒有被發現,所以當時F22隱身戰機為了降低座艙雷達波反射強度和提升座艙蓋的透光性,除了使用一體化座艙蓋設計外,更是在座艙蓋玻璃上噴塗了多層金屬粉末製成的雷達遮蔽層,但是金屬粉末製成的雷達遮蔽塗層也降低了F22座艙玻璃的透光率。
總結而言,隨著石墨烯技術的發展,未來石墨烯材料將會被廣泛應用到各行各業中去,特別是對於戰機而言,石墨烯材料的大量應用後除了能顯著提升戰機的隱身能力外,更能夠直接性提升戰機的探測距離、飛行速度、和超機動飛行能力。而中國自主研製的殲20隱身戰機藉助於裝備服役時間稍晚一些和中國早前在石墨烯材料上的技術突破優勢,殲20隱身戰機的機身蒙皮和座艙玻璃上大量採用了石墨烯製成的隱身塗層,這也是殲20為什麼機身比同類型的F22、蘇57更大,但是隱身能力卻更強的原因,就是因為我們率先掌握了石墨烯材料的製成技術、並率先將其應用到先進戰機上,同時也因為石墨烯黑顏色的屬性,當初殲20也因此得名“黑絲帶”。
殲20作為中國自主研製的第一款五代重型隱身戰機,殲20的裝備服役不僅填補了中國在五代隱身戰機自主發展上的空白,更重要的是殲20的裝備服役極大的增強了我人民防空、空域攔截的綜合實力。當然對比國外其他五代隱身戰機會發現殲20比同級別的F22、蘇57等雙發重型隱身戰機體型大了一圈,更大的機身表面積從隱身角度來說意味著更大的雷達波反射面積,不利於戰機隱身需求。但是殲20相比同級別更大的機身尺寸下,卻有著更好的隱身能力,除了優秀的氣動佈局雷達隱身設計外,更離不開殲20所採用的的“21世紀材料之王”所打造的殲20隱身戰衣加持。
首先我們來了解開一下什麼是“石墨烯”?石墨烯材料是2004年英國兩位科學家透過剝離法提取出的只有一層碳原子結構的分子材料,這種材料具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景。那麼對於殲20隱身戰機而言,石墨烯材料又有什麼優勢呢?
一、石墨烯材料的導電性非常好,甚至比現階段工業材料中廣泛使用的金、銀導電性更強,那麼對於殲20隱身戰機而言,導電性更強的石墨烯材料用途就非常多。首先石墨烯材料可以用於製造機載雷達、航電火控裝置,藉助石墨烯更強的導電優勢可以大幅增加相控陣雷達的發射功率,繼而增強雷達的探測距離和提升航電系統的反應速度等等。
二、石墨烯材料優異的導電效能也非常適合作為戰機隱身塗層,因為戰機作為一個金屬結構體在高速飛行過程中與外界空氣摩擦,整個機身周圍會產生非常強的電負荷,對於戰機隱身而言,如果不能將纏繞在機身周圍的電負荷快速釋放出去,纏繞在機身周圍的電負荷會產生非常強的電磁波、同時又具有很強的電磁波反射能力。所以之前包括F22、F35隱身戰機為了提升整個機身的導電、放電能力,故意在機身塗層中摻雜一些具有強導電能力的液態金屬銀等材料來增強整個機身的導電性,繼而提升戰機的隱身能力,但不管是金屬銀還是其他導電性非常強的傳統材料導電效能有限,對於戰機的隱身能力依然有很多不足之處存在。
但是石墨烯材料不一樣,石墨烯材料具有極強的導電效能,比如中國自主研製的殲20隱身戰機的外表塗層中就摻雜有石墨烯材料,這就使得殲20在超音速飛行過程中,雖然機身與外界空氣摩擦會在整個機身周圍產生非常強的電負荷,但是藉助於石墨烯優異的導電效能優勢,其可以快速將機身外表產生的電負荷釋放出去,降低殲20戰機自身的電磁波輻射能力和電磁波反射能力,繼而增強殲20戰機的隱身能力。
三、戰機在高速飛行過程中,機身除了與空氣摩擦會產生強電磁輻射外,更容易摩擦產生熱輻射、特別是傳統戰機使用的金屬蒙皮散熱性差,很同意成為敵方紅外偵察裝置上的“亮眼目標”。比如大名鼎鼎的一代碟王“SR-71”戰略偵察機最大飛行速度超過3馬赫以上,在超音速飛行過程中機身受熱會膨脹、機頭最高溫度能達到1700攝氏度以上,同時其發動機微噴口的紅外輻射特徵也是非常強。
因此對於殲20這類五代隱身戰機而言,除了要能夠實現雷達隱身外,紅外隱身也是必不可少的,好在藉助殲20隱身塗層中摻雜的石墨烯材料不光具有很強的導電效能可以提升戰機的隱身能力,而且石墨烯材料還具備很強的導熱效能。這樣殲20戰機在超音速飛行過程中,機身蒙皮和外界空氣摩擦產生的大量熱會被石墨烯製成的塗層迅速散發到空氣中去,長時間保持殲20在超音速飛行速度下,整機紅外輻射特徵依然非常低,當然包括殲20的發動機黑黑的尾噴口也是噴塗有天然黑色材料石墨烯製成的紅外隱身塗層的。
四、石墨烯作為一種高分子材料,其穩定性非常高,六邊形分子排列順序使得其具有很強的韌性同時,硬度有非常高,甚至比傳統的鋼鐵及同一種元素的鑽石、碳纖維材料還要堅硬,但是石墨烯材料又非常輕。那麼未來隨著石墨烯技術的突破,未來石墨烯材料除了能夠用於戰機隱身塗層中外,更是直接可以作為戰機的機身蒙皮使用。這樣戰機出廠後完全不需要噴塗包括雷達隱身、紅外隱身、防鏽等各種塗層,能夠限制降低戰機自身的空重,將更多的載荷留給燃油、導彈等,更低的結構重量也能進一步增強戰機的超機動飛行能力。
更甚者未來直接可以用石墨烯製成的材料加工戰機的結構框架,藉助石墨烯具有很強硬度、質量輕的優勢大幅降低戰機自身空重和結構強度外,石墨烯優異的韌性優勢也能進一步增強戰機的機身結構壽命,提升戰機的出勤率和飛行時數。
五、石墨烯材料除了具備很強的導電性和導熱效能外,石墨烯材料的透光性也非常好。前面也說過石墨烯是由一次碳原子組成的分子材料,所以質量輕、透光性好,但是其分子排列又非常緻密,就連最小的氦原子都不能透過,所以石墨烯材料除了能夠用於戰機座艙玻璃隱身塗層外,後期更是非常適合作為座艙玻璃材質使用。比如現階段批次裝備服役的殲20隱身戰機,除了機身塗層內摻雜有能夠提升殲20雷達、紅外隱身能力的石墨烯材料外,殲20的座艙玻璃上也噴塗有一層薄薄的、雷達輻射特徵低、紅外輻射能力差、但是透光性非常好的石墨烯塗層。
但是上世紀80年代美國研製F22隱身戰機的時候,石墨烯材料還沒有被發現,所以當時F22隱身戰機為了降低座艙雷達波反射強度和提升座艙蓋的透光性,除了使用一體化座艙蓋設計外,更是在座艙蓋玻璃上噴塗了多層金屬粉末製成的雷達遮蔽層,但是金屬粉末製成的雷達遮蔽塗層也降低了F22座艙玻璃的透光率。
總結而言,隨著石墨烯技術的發展,未來石墨烯材料將會被廣泛應用到各行各業中去,特別是對於戰機而言,石墨烯材料的大量應用後除了能顯著提升戰機的隱身能力外,更能夠直接性提升戰機的探測距離、飛行速度、和超機動飛行能力。而中國自主研製的殲20隱身戰機藉助於裝備服役時間稍晚一些和中國早前在石墨烯材料上的技術突破優勢,殲20隱身戰機的機身蒙皮和座艙玻璃上大量採用了石墨烯製成的隱身塗層,這也是殲20為什麼機身比同類型的F22、蘇57更大,但是隱身能力卻更強的原因,就是因為我們率先掌握了石墨烯材料的製成技術、並率先將其應用到先進戰機上,同時也因為石墨烯黑顏色的屬性,當初殲20也因此得名“黑絲帶”。