亂談飛機(jī)是怎樣煉成的

文/老歌

由于小編的本科專(zhuān)業(yè)是飛行器制造工程，故此一直對(duì)航空材料頗感興趣。在飛機(jī)誕生的初期，其制造材料是相當(dāng)簡(jiǎn)陋的。當(dāng)時(shí)的飛機(jī)制造也是各種亂來(lái)，夠輕夠結(jié)實(shí)就行，只要不妨礙大家一起飛行一起嗨。

可惜歡樂(lè)的時(shí)光總是短暫。歷史證明，推動(dòng)科技進(jìn)步的往往都是戰(zhàn)爭(zhēng)，且此時(shí)人們的腦洞往往都開(kāi)得足夠大。飛機(jī)終于踏上了從軍之旅，將平面的戰(zhàn)爭(zhēng)變得立體起來(lái)。特別是當(dāng)一戰(zhàn)的血與火泯滅掉曾經(jīng)的騎士風(fēng)度后，人們發(fā)現(xiàn)木制桁梁、支柱張線和鋼管蒙布已經(jīng)不能滿足對(duì)飛機(jī)性能的追求時(shí)，新的飛機(jī)構(gòu)型和新的航空材料已經(jīng)呼之欲出。于是，由人類(lèi)發(fā)明的飛機(jī)向著更快更好地屠殺人類(lèi)的作死之路狂奔而去了。

1915年12月19日，德國(guó)容克公司制造了第一架全金屬單翼機(jī)容克J1（Junkers J1）。該機(jī)由休格·容克博士（Hugo Junkers）設(shè)計(jì)，采用懸臂式中單翼布局。為了證明懸臂式機(jī)翼的安全性，容克公司特地進(jìn)行了靜力試驗(yàn)。靜力試驗(yàn)的畫(huà)風(fēng)清奇，似一股泥石流撲面而來(lái)。一戰(zhàn)期間鋁材不易取得，J1用鐵制造，如愿以償?shù)孬@得了“鐵皮驢”（Blechesel）的綽號(hào)。

全金屬單翼機(jī)毫無(wú)意外地獲得了成功，容克博士再接再厲繼續(xù)以金屬材料研制他的新機(jī)。這次他選擇的是同樣由他發(fā)明的波紋鋁蒙皮。波紋鋁蒙皮可以增加強(qiáng)度，其凹槽是順著機(jī)身氣流方向延伸的，據(jù)說(shuō)這樣可以減少縱向的飛行阻力。至于橫向……嗯，你高興就好。

以這種新型航空材料，容克博士設(shè)計(jì)制造了一系列飛機(jī)型號(hào)，包括全金屬客機(jī)容克F13（Junkers F3）和二戰(zhàn)期間著名的“容克大嬸”——Ju-52（Junkers 52“Aunti Ju”）。這股波紋風(fēng)潮也影響到了其他國(guó)家，比如福特公司的4-AT“錫皮鵝”（ Ford 4-AT“Tin Goose”）。

從此，鋁及鋁合金在航空材料領(lǐng)域占據(jù)了牢不可破的統(tǒng)治地位。采用這種重量輕、強(qiáng)度高的材料研制的機(jī)型越來(lái)越多，當(dāng)然，其中大部分的蒙皮是光滑的。

二戰(zhàn)以后，以鋁合金為主材的飛機(jī)將飛行數(shù)據(jù)越推越高，帶領(lǐng)人們成功突破了聲速，但在“熱障”面前遇到了麻煩。當(dāng)飛行速度超過(guò)2.5倍聲速時(shí)（即馬赫數(shù)2.5），氣動(dòng)加熱超過(guò)了鋁合金的熱強(qiáng)度，此時(shí)需要用到耐熱性好且強(qiáng)度更高的鈦合金。美國(guó)的SR-71“黑鳥(niǎo)”偵察機(jī)就大量采用了鈦合金。

但意外也不時(shí)會(huì)發(fā)生，比如同樣需要應(yīng)對(duì)熱障問(wèn)題的米格-25。為攔截“黑鳥(niǎo)”而誕生的米格-25一度成為了西方世界眼中鐵幕后面“黑科技”的代表。特別是在20世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)派駐埃及的米格-25P（高空高速偵察型）前往以色列偵察。以色列國(guó)防軍空軍當(dāng)時(shí)飛行速度最快的F-4“鬼怪” 起飛攔截沒(méi)能追上打開(kāi)了加力的米格-25P，據(jù)說(shuō)發(fā)射了AIM-7“麻雀”空空導(dǎo)彈也沒(méi)追上。當(dāng)時(shí)美國(guó)和他的小伙伴們都驚呆了！

“米格-25恐懼”一直延續(xù)的1976年。當(dāng)年9月6日，蘇聯(lián)防空軍的別連科上尉駕駛一架米格-25降落在日本函館機(jī)場(chǎng)。迫不及待的美國(guó)人小心翼翼地拆開(kāi)了米格-25，當(dāng)時(shí)就給跪了：說(shuō)好的“夢(mèng)幻戰(zhàn)機(jī)”呢？以鋼材為主輔以少量鈦合金的機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)、電子管的航電與飛控系統(tǒng)、單脈沖火控雷達(dá)……尤其是得知那架米格-25P返回埃及后發(fā)動(dòng)機(jī)就報(bào)廢了時(shí)，更是默默無(wú)語(yǔ)。當(dāng)然，簡(jiǎn)陋的米格-25在性價(jià)比方面，還是很有優(yōu)勢(shì)的。

這里說(shuō)句題外話。在發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控等技術(shù)相對(duì)落后的情況下，蘇聯(lián)憑借其在空氣動(dòng)力學(xué)方面扎實(shí)的基礎(chǔ)和相當(dāng)高超的綜合能力，能研制出相當(dāng)優(yōu)秀的武器裝備。這種能力往往另西方世界刮視網(wǎng)膜相看。比如蘇-27系列戰(zhàn)斗機(jī)。

再說(shuō)回鈦合金材料。影響鈦合金在飛機(jī)制造中大量應(yīng)用的障礙包括成本因素。鈦合金不僅材料本身價(jià)格高，其工藝成本更是不容忽視。

鈦合金的成形性還算不錯(cuò)。小編在校期間就有一項(xiàng)課程試驗(yàn)：用尚為DOS系統(tǒng)的蘋(píng)果計(jì)算機(jī)控制完成鈦合金的超塑成形，曾令其他系的同學(xué)不明覺(jué)厲。好像暴露年齡了？

但鈦合金的高強(qiáng)度、耐熱性等優(yōu)異性能讓其在機(jī)械加工時(shí)麻煩不斷。如果沒(méi)有足夠的工藝能力，鈦合金零件的機(jī)加工往往會(huì)因?yàn)榈毒邠p耗嚴(yán)重、散熱困難、加工速度慢等導(dǎo)致虧本。（畫(huà)面大概是這樣的。都快哭了的刀具：“真心啃不動(dòng)啊大哥。再說(shuō)速度慢也不是我一個(gè)的責(zé)任。”冷卻液和進(jìn)給絲杠：“我能怎么辦，我也很無(wú)奈啊！”）

與之相反，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展的鋁合金不僅具有成本優(yōu)勢(shì)，還擁有相當(dāng)不錯(cuò)的工藝性能。不僅能采用各種常規(guī)的加工工藝，連不少特種加工方法也都適用，比如飛機(jī)制造廠能用的化學(xué)銑、線切割、爆炸成形、噴丸成形等，可以說(shuō)是生冷不忌。即便是后來(lái)興起的復(fù)合材料，在加工工藝、損傷檢測(cè)和修補(bǔ)等方面也損色于鋁合金。因此，直到今天，鋁合金在航空材料仍然處于主流地位。

小編曾參觀過(guò)西飛和成飛，但一直沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)航空鋁材加工廠，不能不說(shuō)是一種遺憾。好在今年4月ABACE2018亞洲商務(wù)航空展期間，小編受邀參加了19日在鎮(zhèn)江舉辦的愛(ài)勵(lì)鋁業(yè)鎮(zhèn)江工廠五周年慶典，終于有了參觀世界級(jí)航空鋁板材工廠的機(jī)會(huì)。在此要感謝文詩(shī)公關(guān)的Elaine和愛(ài)勵(lì)公司的Shannon兩位美女的接待，還要感謝Elaine的助手Apple，感謝CCTV，感謝BTV……

不要小看了愛(ài)勵(lì)鎮(zhèn)江工廠。自2013年成立后，相繼通過(guò)了龐巴迪、中國(guó)商飛、空客、波音、中國(guó)航空工業(yè)、巴航工業(yè)等認(rèn)證。愛(ài)勵(lì)的客戶——空客、波音、中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)和中國(guó)商飛等都派代表參加了此次鎮(zhèn)江慶典。就問(wèn)你服不服。

4月19日下午，在媒體圓桌會(huì)后，小編和其他媒體的記者全副武裝進(jìn)入了工廠，先后參觀了熔煉爐、熱軋機(jī)、連續(xù)熱處理爐、超聲探傷等設(shè)備。必須承認(rèn)，穿戴防護(hù)裝備在廠里走了這趟，還是挺消耗體力的。

小編想到了畢業(yè)時(shí)去了各航空廠的同學(xué)們。雖然都是中國(guó)航空工業(yè)的下屬企業(yè)，進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)一線的同學(xué)的工作環(huán)境比小編肯定要辛苦多了。不過(guò)有失必有得，這些同學(xué)的收獲也不小。總師副總師和總工藝師副總工藝師都有不少，更不用說(shuō)那幾個(gè)董事長(zhǎng)和總經(jīng)理了。看來(lái)有機(jī)會(huì)應(yīng)該再去航空廠里參觀一下，順便敲敲這些成功人士的竹杠。當(dāng)年金工實(shí)習(xí)時(shí)親手制作的金屬榔頭還一直保留著呢。

想到這里，小編不禁發(fā)出了一陣杠鈴般的笑聲……