高空座艙失密是一種什麼體驗？
大量高速氣流涌入座艙，飛行員瞬間昏厥，戰機隨時面臨墜落危險。
前不久，電影《長空之王》中鳥群撞破戰機座艙蓋的畫面，讓影迷們印象深刻。
“鳥撞戰機事故”是飛行員心中的隱痛。一隻飛鳥與一架高速飛行的戰機相撞産生的衝擊力，如同迎面撞上一顆炮彈。
其實，座艙蓋是戰機較為堅硬的部件。為了給飛行員提供安全可靠的飛行環境，戰機座艙蓋自誕生之日起就隨着戰機發展不斷更新迭代，逐漸具備強度高、耐衝擊、耐高溫等特點，成為保護飛行員的“金鐘罩”。
那麼，座艙蓋有哪些高科技？工藝製造又有哪些難點？本文為您一一解讀。
一專多能，360度全方位保護
現代戰機的飛行高度突破萬米，並實現超聲速飛行，伴隨而來的是複雜多變的高空飛行環境。
研究表明，當一架先進戰機在萬米高空高速飛行時，氣溫、氣壓、含氧量、紫外線輻射等一系列指標均已超過人體可承受的極限。如何保護飛行員免受外部環境侵害，座艙蓋發揮着至關重要的作用。
之所以能擔此重任，靠的是座艙蓋一專多能的綜合實力，不僅可以為飛行員提供清晰視野，還能有效抵禦高速氣流、光線輻射和低溫侵害，從容應對各種飛行環境挑戰，並在飛行員彈射跳傘時迅速爆破，開闢逃生通道。
早期戰機採用開放式敞篷座艙，戰機飛行速度較低，飛行員穿戴皮大衣、防風鏡和圍巾抵禦迎面而來的高速氣流，這種情況持續到一戰時期。
隨着戰機快速發展，其飛行速度攀升到200公里/小時。此時，飛行員難以承受戰機高速飛行帶來的強氣流，甚至還要面對空氣稀薄又寒冷的高空飛行環境。人們意識到，“敞篷”飛行已經不再適用。
在這種情況下，給戰機座艙加個“罩”變得尤為迫切。於是，聰明的設計師為戰機增加了“風擋”，形成了半封閉座艙。隨後，又成功研製出全封閉座艙，初步具備了防風、保溫等功能，一些戰機座艙甚至還能防禦來襲子彈，在二戰中得到普遍應用。
二戰後期，戰機進入噴氣式時代。20世紀60年代，又經歷了從二代機到三代機的跨越，空戰逐漸告別了短兵相接的模式，防撞擊需求也從防彈向防飛鳥轉化。與之相矛盾的是，彈射座椅的誕生要求艙蓋容易破裂擊碎。為此，設計師對戰機風擋和艙蓋分別採用不同設計，並通過金屬邊框加以連接，既能有效防止撞擊，又提升了彈射座椅使用的安全性。
20世紀70年代，四代機的橫空出世對座艙蓋的功能提出新要求。為了方便飛行員觀察飛行環境，光學設備成為研發重點，新一代座艙蓋具備良好的濾光性，並減少紫外線和紅外線輻射，在四代機上得到廣泛應用。
如今，隨着航空電子技術、材料科學、航空工程的發展，五代機座艙蓋普遍具備隱身性能，並採用智能化設計，在座艙內顯示關鍵飛行數據、導航信息等情況，為飛行員提供更好的飛行體驗和空戰能力。
硬核科技，為飛行員提供“全景天窗”
隨着戰機的迭代發展和空中任務的拓展，座艙蓋面臨的飛行環境越來越複雜，扮演的角色也越來越重要。現代戰機座艙蓋不僅要確保在各種極端惡劣的飛行條件下正常工作，還要滿足飛行員各種生理參數和裝機重量等方面要求。可以説，座艙蓋是航空工程製造領域十分複雜的項目之一。
一塊看似普通的“透明玻璃”，為何這麼難造？又經過怎樣的發展過程？
早期的座艙蓋為蚌式結構，由三塊式平面風擋和活動艙蓋組成，類似於汽車駕駛艙的造型，與汽車的A、B柱造成的視野盲區一樣，不利於飛行員觀察外部環境。
“氣泡式”座艙蓋的出現，改善了飛行員觀察視野問題。它由圓弧風擋和滑蓋式艙蓋組成，類似於在戰機座艙上“吹”出一個大大的“肥皂泡”，並與風擋合併形成一體化座艙蓋，為飛行員提供“全景天窗”，擴大觀察視野。“氣泡式”座艙蓋既要透光又要阻光，既要抗撞又要易爆破，既要耐低溫又要耐高溫，這樣的特殊功能，十分考驗一個國家設計製造水平。
以國外某“氣泡式”座艙蓋為例，在研發階段，設計師重點分析戰機氣動和隱身性能，通過三維建模等方式，模擬座艙蓋的氣動載荷、座艙增壓載荷的分佈情況，利用力學、光學、隱身特性等進行分析和精密計算，設計出座艙蓋的氣動外形、尺寸和曲面參數等一系列指標，並製作出模具。
只有設計沒有技術，一切都是空談。在製造加工階段，設計師將不同材料加熱，通過成熟工藝一次性“吹”出氣泡形狀。流程看似簡單，但要兼顧多種材料在不同區域的溫度、加熱時間、層次分佈、拉伸力等參數，這項技術成為不少國家難以逾越的鴻溝。此外，設計師還要開展透光率測試、衝擊試驗和溫度環境測試等，並為其敷上一層“面膜”涂層，提升戰機隱身性。
完成一系列加工步驟後，座艙蓋才能裝機。裝機過程中還要考慮座艙蓋在機身的定位、系統組件安裝等要求，並與整機開啟系統、氣密系統、空調系統、救生系統等進行聯調聯試後，才能正式投入使用。
從簡單到複雜，“透明玻璃”內藏玄機
作為飛行員的“金鐘罩”，現代戰機座艙蓋之所以能夠“刀槍不入”，除了獨特的結構設計外，還源於其本身特有的“鋼筋鐵骨”。
材料學伴隨着座艙蓋發展的始終，在數十年的更新迭代中經歷了從簡單到複雜的轉化。
早期的座艙蓋採用無機玻璃，只具備基本的擋風功能，並暴露出重量大、易碎且工藝性能較差等方面缺陷。隨後，被“氣泡式”座艙蓋取代。
化學工業發展催生出新材料，以丙烯酸酯和聚碳酸酯為代表的高分子透明材料逐漸成為座艙蓋材料的主力軍。丙烯酸酯具有重量輕、透光性好等特點，在同等強度下，其重量僅為傳統無機玻璃的一半。
然而，隨着戰機進入超聲速時代，高速氣流與機身摩擦産生的溫度高達110℃，對於熱變形溫度為104℃的丙烯酸酯類材料來説，其耐溫性不足的問題很快暴露出來。
聚碳酸酯就是為了解決這一問題誕生的，其熱變形溫度可達130℃，韌性也極大增強，防鳥撞擊能力突出。但聚碳酸酯工藝複雜、加工難度大，對後期保養提出很高要求。此外，聚碳酸酯耐磨性較差，容易被乙醇、汽油等溶解，這一問題也倒逼着設計師加快研發新産品。
如何取長補短實現材料升級？
美國戰機的座艙蓋由丙烯酸酯和聚碳酸酯壓疊而成，在兩層丙烯酸酯中間夾一層聚碳酸酯，設計成“三明治”的結構，綜合了前者重量輕、透光性好，後者強度高、耐衝擊的優點，在先進戰機上得到廣泛應用。俄羅斯則另辟蹊徑，持續升級丙烯酸酯材料，研製出一種名為聚氟代丙烯酸酯的材料，新材料可以耐180℃高溫，大幅簡化了加工工藝。
不過，無論哪種方案，都存在一定缺陷，如易刮傷、易被有機溶劑腐蝕等。意外的是，這些缺陷恰恰是無機玻璃具備的優勢。
像是進入時空輪迴，俄羅斯以無機玻璃為原材料，研製出第四代座艙蓋材料——特種硅酸鹽玻璃，並裝備在某新型隱身戰機上。這種材料耐高溫性極強，防鳥撞擊能力突出，未來還將運用到俄空軍多型戰機上。此外，為了提升戰機座艙蓋的隱身性，設計師採用氧化銦錫膜等材料，在艙蓋上涂上透明導電薄膜，將雷達波阻擋在座艙外，防止座艙內飛行員以及儀表盤等部件反射雷達波。
科技進步永不停歇，座艙蓋發展日新月異。未來，隨着更多先進材料投入使用，戰機座艙蓋不斷升級改進，也許“氣泡式”座艙蓋很快成為歷史，新的座艙蓋將會展現出更加先進、更加可靠的新面貌，成為飛行員的新一代“金鐘罩”。 （宋茹 徐暘）
