歼20到底有多先进？一块“挡风玻璃”，全球只有中美能造！
目前世界上服役的五代战斗机，其飞行速度普遍已经在2马赫以上。这代表着从北京只需要16分钟就能到上海。那承受如此快的飞行速度，你觉得战斗机的“挡风玻璃”值多少钱？2008年，有人在军事论坛发了一个帖子：先别提什么四代，中国20年之内能做出和F-22一样的整体式座舱盖？两句话，直接将这个看起来平平无奇的“挡风玻璃”推向了神坛。然而两年后，歼20原型机曝光，采用的也是与F-22同款的一体式座舱盖，于是当初的帖子瞬间成了大型打脸现场。不过由此也能看出一体式座舱盖的确没那么简单。那作为飞机的挡风玻璃，战机座舱盖究竟有何奥秘呢？为了解开这个疑惑，笔者就将在“设计”“材料”和“制造”三方面，为你详细解读一下。我们是如何造出这个看似透明，实则内部科技满满的战机挡风玻璃的！
飞机的座舱盖的重要性！
相比于发动机、机翼和飞行控制系统等技术设备而言，飞机的座舱盖似乎并不是什么拥有高科技含量的关键设备，因此平平无奇的它也极少引发人们关注。但是，风挡玻璃作为战机和飞行员的眼睛，同样是飞机的重要功能部件。其关键程度在某些维度上甚至不亚于发动机！对此美国《航空航天工程》就曾表示：“F-22战机的座舱盖竟是飞机工程中最富挑战性的项目之一”！那战机座舱盖的制造为何如此困难呢？我们不妨看一下在用途方面对于这块“挡风玻璃”的特殊要求！
首先我们先要明确一个观点，那就是飞机座舱盖自始至终都是为飞行员服务的，毕竟飞行员的重要性远比飞机要高！而飞机座舱盖的基本原理就是通过与机身座舱段构成一个密封座舱，来保护飞行员免受迎面高速气流的吹袭和外部环境的威胁，为飞行员提供一个必需的生存环境与飞行条件。
那生存环境包括哪些呢？第一点：耐高温高压。在前面我们就说过，当前五代战机的飞行速度普遍在2马赫以上，我们的歼20最高速度甚至达到了了2.8马赫。如此快的高速气流，势必会对战机表面产生高强度气压和摩擦高温。再加上战机座舱盖一般都是凸起状，这更加重了温升和压升，根据计算，当战机飞行速度超过2马赫时，座舱盖外部温度甚至超过110℃。因此战机座舱盖必须具有极强的耐高温高压能力，来保证在战机在飞行途中座舱盖的不变形。除此之外，战机座舱盖还要有足够的结构强度。但高强度的目的可不是为了防弹或者防炮，而是为了防鸟。根据统计，飞机重大事故中，三成以上都是飞鸟撞击导致的。如果座舱盖不能防鸟，一旦发生撞击飞行员极有可能瞬间丧生，即使侥幸活了下来，座舱盖破裂也会令战机内部温压瞬变，进而威胁飞行员的生命。因此国际上对于座舱盖的强度有一个基础要求，那就是战机以最大速度飞行时，座舱盖被1.8千克鸟类撞击无穿透性损害。以歼202.8马赫的最高速度来计算，其座舱盖强度不亚于特种钢板！
那说完生存环境我们再来看看飞行条件！作为战机的眼睛，座舱盖必须能让飞行员方便快捷的观察外部环境来完成各种操作，同时还要让地面观察人员便于查看舱内情形。这对于座舱盖的透光率、清晰度和光学折射都有着极高的要求。当前，现代战斗机座舱盖的透光率已经达到70-80，而最先进的五代机座舱盖，透光率甚至在90以上。不过在这里要注意一点，战机座舱盖的透光率也不是越高越好。因为高空没有云层，紫外线和红外线的照射强度远高于地面，这会伤害飞行员的皮肤和眼睛，也会加速座舱盖内的非金属材料老化，因此战机座舱盖必须保持一定的阻光性。
当然飞机座舱盖光透明不行，还要足够大。首先飞机的交互设备需要更大的显示空间来帮助飞行员们判断，其次还要保证飞行员的外部视野不能被战机机体遮挡太多，还要留出一定的进出空间、逃生通道、操纵设备的有效宽度。而这也是战机座舱盖相比于战机机体更加凸出的原因。当然，这个座舱盖也不是随便突出的，要知道，当战机的飞行速度达到超音速时，单单是座舱盖引起的阻力就占到整机阻力系数的10-20，因此如果战机想要飞的更快，必须对座舱盖进行综合性减阻设计。正是因为有这么多要求，才让座舱盖成为了战机研发过程中，设计难度最高的部件之一！
制造战机座舱盖的材料
虽然战机座舱盖被人们戏称为“最高端的挡风玻璃”，但是其材质却并非是玻璃！不过要说不是玻璃也不完全对，事实上在战斗机发展的最初阶段，座舱盖材料首选的的确是经过物理或化学钢化的特制无机硅酸盐玻璃。但是因为玻璃的物理特性十分脆，很难进行弯曲和工艺处理。于是飞机工程师们，之后又尝试将玻璃与特殊的强化塑料进行复合，制成一种特殊的结构。但这样还有一个问题，那就是塑料的透光率和光学折射并不好把控。而飞机的座舱盖肯定是一个复杂的光学曲面，一旦处理不好，飞行员根本无法准确的观察外部环境。这对于用于战争的战机来说，将是致命的缺陷。
况且如果把玻璃制成战机座舱盖，还要考虑一个重要的因素，那就是重量。普通无机盐玻璃的密度只是略小于钛合金，这就导致他的重量远超于一般材料。而在载重极其珍贵的战机上面，让座舱玻璃占据极大的份额上，堪称是一种浪费。而在种种劣势的催化之下，玻璃早早的就退出了战机座舱的选择范围。虽然玻璃无法成为座舱盖的材料，但是有一种材料却进入了战机工程师的视野，那就是人工树脂。人工树脂是一种类似于塑料的化学合成材料，其光学性能十分优异，透光率高达90以上。其中的聚甲基丙烯酸甲酯可见光的透射率甚至能达到92。完全不低于某些高级光学仪器的水晶，我们日常生活中常见的眼镜镜片其材料就是人工树脂。当然只是透明还不够，想要作为飞机座舱盖的原材料，还需要众多特性，幸运的是有两种人工树脂高度符合要求。
第一种是丙烯酸酯类材料，这种材料自身重量很轻，加工性也十分优良，即使长时间使用，不会出现老化的银纹现象。不过丙烯酸酯并不是完美无缺，它的结构强度和耐高温性并不高，所以并不能直接制成战机座舱盖。而此时另一种树脂材料的重要性就凸显出来了。他就是聚碳酸酯，也就是我们常说的PC材料。这种材料虽然听起来廉价，但是它和某些金属材料一样，具有极高的结构强度和韧性，所以抗冲击性和耐热性非常好，也正因如此PC材料在日常生活中，也常被用来制造水瓶、镜面、防弹玻璃等生活用品。不过PC材料的缺点就是不耐磨而且不耐老化，如果长期暴露在紫外线中还会变色发黄。两种材料各有优缺，而为了将两者结合，工程师再次采用了最初的“奥利奥”结构。将环境适应性更好的丙烯酸酯作为内外两层，而将高强度和高韧性的PC材料作为中间夹层，然后进行压叠成型，最终才产生了这种多层复合的人工树脂座舱盖！
制造座舱盖需要完善的工业体系！
完整的座舱盖是包括透明件、夹层、玻璃纤维、加热系统和密封紧固材料等一系列部件组成的组合件。而树脂材料只是座舱盖中的一个部件而已。而将这些部件打造成一个整体才是最困难的过程。例如：战机在特殊气象条件下飞行时，座舱盖表面的冰、霜、雾、雨等物质，势必会妨碍驾驶员的视线。因此座舱盖内部必须配有防冰防雾和排雨系统。而这些系统需要在树脂夹层中，嵌入密密麻麻的超微级电阻丝发热，才能来保证战机在特殊气象条件下正常飞行。这样的超精细作业，背后所代表是工业实力的积累。再比如，如今的五代战机必须具备雷达隐身功能，而飞机的座舱其实是一个很大的雷达信号反射源，因为它的凹陷形状会形成很强的空腔反射效应。而为了解决这个问题，战机座舱盖必须必须进行镀膜处理，才能让雷达波信号被反射出去，不会进入座舱以内。而此时座舱盖和机身的融合程度就决定了飞机的雷达隐身效果！这无疑再次增加了其制造的难度。
说到这我们再回头看一看，歼20和F-22一体化座舱盖的优点，因为没有额外的金属横梁支撑，一体化的座舱盖为飞行员提供了近乎无死角的全向视野。除此之外，因为没有突出舱盖的外加固边框，一体式舱盖和整个机身完美的融合在一起，座舱盖增加的雷达反射截面几乎可以忽略不计。这让战机真正成为了隐藏的天空霸主，其优势不可谓不大。但和优势相伴的就是制造难度。因为一体化座舱盖是将原来的多块座舱盖整合到一起，其曲面要求和面积大小并非是1 1=2的效果，其难度是几何倍的上升。正因如此，F-22舱盖透明体的造价据说高达40万美元一个，再加上框架组件，总价甚至突破了100万美元。堪称世界上最贵的挡风玻璃之一。而截止到目前，世界上能造出这样一体化座舱盖的国家，仍然只有中美两国，由此也能看出，中国工业的实力！
