战斗机上的玻璃是什么材料?

从外观上看，战斗机座舱盖给人的第一印象是透明的。甚至用专业术语来说，叫做“天篷透明”，让人想到世界上应用最广泛的透明材料之一——玻璃。事实上，战斗机座舱盖确实是由玻璃制成的。

F-35整体式座舱盖

低速螺旋桨时代早期的座舱盖玻璃是最常用的窗玻璃——无机玻璃，但无机玻璃易碎，工艺性能差；复杂曲面制作难度大，只能用三片式平面风挡，但无法加工成更符合空气动特性、阻力更小的圆弧风挡；而且密度大，重量高，不利于飞机减重。

me 109战斗机的平板玻璃座舱盖

随后，工艺性能好、重量轻、强度高的有机高分子透明材料(即有机玻璃)逐渐成为航空航天空透明材料的主力军。其中最具代表性的是亚克力透明材料和聚碳酸酯透明材料。

丙烯酸酯具有比强度高的优点。同等强度下，其重量仅为传统无机玻璃的50%，因此丙烯酸酯制成的天篷比无机玻璃薄得多；同时，它抵抗环境影响的能力也很突出。经过多年使用，其机械性能和透光率基本可以保持。此外，丙烯酸酯材料具有良好的透光性，可以透射90%以上的太阳光。早在20世纪60年代，德国的垂直起降研究机就率先采用了铸造而成的交联丙烯酸树脂玻璃209材料(一种丙烯酸酯材料)。在现代战斗机中，丙烯酸酯材料和钢化玻璃材料大多形成多层复合透明玻璃，以提高其刚性。此外，它还广泛应用于民航客机，多用于制作挡风玻璃、侧窗和客舱开口的透明材料。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，即丙烯酸)于1936年开始量产，因此被二战飞机广泛使用。图为B-17F的PMMA机头。

丙烯酸酯材料最大的缺点就是抗冲击性和耐温性差。聚碳酸酯材料被开发来解决这个问题。目前美军第五代战斗机F-22空采用聚碳酸酯材料制作座舱盖(YF-22，F-22的早期原型机，座舱盖仍采用丙烯酸酯材料)。与丙烯酸酯材料相比，聚碳酸酯材料具有明显的优势。首先，它们具有更好的韧性、更高的强度和突出的抗鸟撞性。Lucas 空航天公司做过一个测试，普通亚克力有机玻璃制成的挡风玻璃很容易被鸟打碎。如果在两层薄薄的亚克力之间加一层聚碳酸酯，那么它的抗鸟撞性能会提高一倍。

实验表明，它可以抵抗一只1kg的鸟以97km/h的速度撞击，而且聚碳酸酯材料不仅抗鸟撞击能力高20%，外壳抗力也更好。聚碳酸酯材料还具有良好的耐热性。实验表明，F-22战斗机在2.0马赫的高速飞行时，经过空的气动摩擦后，座舱盖表面温度高达110摄氏度左右。此时聚碳酸酯材质的有机玻璃天蓬性能稳定，完全满足使用要求。

现在聚碳酸酯(PC)和丙烯酸酯的复合结构已经成为战斗机座舱盖的主流材料。

聚碳酸酯材料目前比较贵，比丙烯酸酯材料贵50%~100%，因为工艺复杂，加工浇注困难。同时，聚碳酸酯材料耐磨性差，易溶于有机溶剂，因此非常娇贵，对后勤维护提出了很高的要求和挑战。

目前在具体使用中，聚碳酸酯材料多与丙烯酸酯材料复合形成复合多层有机玻璃材料，其中丙烯酸酯材料在外面，聚碳酸酯材料夹在中间，以达到扬长避短，降低成本的目的。德国空陆军的F-4战斗机在升级时，使用了麦道公司和Goodwill 空宇航公司的聚碳酸酯丙烯酸酯复合树脂玻璃座舱盖。它的厚度只有25.4mm，这种透明材料可以承受一只1.816kg的鸟以925km/h的速度撞击。

夹层结构，中间夹着两层PMMA和一层PC，两层之间用聚氨酯粘合。

F-15的座舱盖采用了这种结构

值得注意的是，F-22的聚碳酸酯树脂玻璃座舱盖采用了新的成型工艺。传统的天蓬采用压制成型的方式，多层材料层压后再层压形成天蓬。然后，加工一个天蓬需要六个星期，而新工艺采用的是注射成型法，只需要一个小时。

F-22的PC和PMMA多层材料通过新的注射成型方法制造

在座舱盖材料技术方面，还有一个特殊的流派，那就是技术上自成一派的苏联/俄罗斯。上世纪六七十年代，苏联也开始使用有机玻璃材料制作座舱盖，如聚氟丙烯酸酯有机玻璃(也是一种丙烯酸酯材料)。它的优点是耐高温性能比美国使用的一些丙烯酸酯材料强很多，最高耐温高达180摄氏度，特别适合高速战斗机使用。但众所周知，氟是剧毒物质，所以这种天蓬在制造过程中必然会产生剧毒物质，制造成本非常昂贵。

米格-25的座舱盖应该由聚氟丙烯酸酯树脂玻璃制成

随后，苏联意识到有机玻璃还存在一些固有的缺点，比如硬度低，耐磨性差，容易划伤；导热性差，热膨胀系数大；当暴露在温度、阳光和溶剂中时，性质会发生变化。这些缺点恰恰是无机玻璃的优点。只要对传统的无机玻璃进行技术改进，比如将无机玻璃分层制造，或者在多层无机玻璃中间复合有机玻璃材料，就可以部分解决无机玻璃脆性大的缺点。据专家推测，在俄罗斯第五代战斗机T-50上，很可能采用以无机玻璃为主的多层玻璃复合材料来制作座舱盖。由于无机玻璃脆性大、韧性差，T-50的座舱盖厚度很可能比F-22、F-16等有机玻璃制成的战斗机还要厚。同时，为了保证顶篷材料不断裂，还需要加一个金属框架进行加固。而T-50的座舱盖耐磨性更好，不溶于有机溶剂(如机油等。)，所以更扎实，更容易维护。与F-22的座舱盖相比，在成本和可维护性上有一定优势。

Su-57的硅酸盐玻璃风挡和座舱盖。图4显示了Su -35S 的硅酸盐玻璃风挡

目前天篷的技术发展日新月异。F-22、F-35、T-50战斗机在座舱盖材料研究方面取得了新的突破和成果。如何以更快的速度建造更好、更便宜、更坚固、更耐用的座舱盖，为飞行员创造最佳的座舱环境，是一个不容忽视的技术问题。