主题：【原创】盘点一下印度LCA战机2011年的表现 -- daharry

早年搞过一些复合材料损伤的东西，虽然不靠力学吃饭已有十年，但依稀仿佛还记得一些，试着说说吧。

首先回答您的问题，复合材料和过载没有本质的联系。在航空领域，过载是指气动力（包括升力阻力）和发动机推力的合力与飞行器自身重力的比值。这个跟材料无关，复合材料用量很少的战斗机（如F15）的可用过载比复合材料占一半重量的787要大得多。

那么同样的发动机，同样气动布局，如果使用了更轻的材料，是不是可以达到更大的过载呢？答案是可以。事实上，现代战机的气动力设计完全可以使飞机的过载达到十几个g，但工程上，由于飞行员承受力的原因，通常不会这样干，而是靠飞控系统把过载限制在-3g ～ +9g这个区间。而飞机的结构和强度设计都要围绕这个区间进行。

结构设计要满足功能上的要求，而从强度设计的角度来讲，就是要让结构在满足功能和强度要求的条件下，尽可能的轻。当年一位前辈对我们说，你们的工作，就是为了减轻每一克重量而奋斗。

为了达到又强又轻的目的，一般从两个方面考虑。首先是承力结构选择。不同的结构有不同的受力特性，根据机体不同部位的受力不同，选择不同的结构，可以达到比较好的减重效果。举个例子，我们常见的薄壁管结构的特点是抗扭比较强，轴向抗拉一般，抗压很烂（因为会失稳），所以对于以扭转受力为主的部位，使用管状结构要比使用一个实心杆轻得多。这个设计思想与使用的材料无关。在合理的结构确定后，另一个减重措施就是选择合适的材料了。材料的特性涉及到几个方面，包括强度（承受载荷的能力），模量（在给定载荷下变形的大小），密度以及造价。在给定载荷的情况下，材料强度越大，密度越小，结构重量就越轻。复合材料（在航空结构上我们使用的主要是碳纤维复合材料）就是一种高强度，高模量，低密度，高价格的材料。这也是合理使用复合材料可以减重的原因。在碳纤维复合材料领域，日本东丽是水平最高的，我上面说的T300/T700/T1000其实就是不同系列东丽的碳纤维，因为作的太强，其他厂商也就拿它作标准了，通常也说我们这是TXXX的纤维。TXXX代表的是强度，数值越高强度越高。其实碳纤维还有一个模量数据，东丽用MXXJ代表，一般大家也不怎么在意，但是真正作受力结构时，模量也是很重要的指标，因为很多结构对变形也很敏感。用低强度的碳纤维作高受力结构是一件不得已的事情，超重是不可避免的。高强度碳纤维对兔子是禁运的，但是对印度到未必，所以LCA上很可能颇用了一些高级货。我前文说印度这么干，是一种典型的“不惮以最大的恶意揣测印度”的行为，有点儿小坏，这里检讨一下。

碳纤维复合材料有一些有意思的力学特性。比如，由于纤维铺设有方向性，复合材料可以是各向异性的。也就是说，可以设计材料的强度特性，这对解决一些诸如前掠翼气动弹性发散的问题有很大帮助。再比如，复合材料层合结构对高速冲击不敏感，但比较怕低速冲击。也就是说，复合材料机翼挨了一枪可能问题不大，但是被掉落的扳手砸了一下，大概就要悲剧。这些特性对复合材料的使用和维护都有比较大的影响。

除了前面说到的结构和材料，还有一个强度设计水平和经验的问题。飞行器的强度包括几个方面，一个是静强度，一个是疲劳强度（还有一个损伤的问题，这里不说了）。静强度指的是结构承受最大载荷的能力，这方面计算方法比较成熟，我上学的那会儿，计算和实验误差也就百分之五以内。通常说的全机静力试验就是用来验证静强度的。疲劳强度描述的是在交变载荷下，结构的使用寿命。测试材料的疲劳强度，通常是把标准试件放到疲劳试验机上不停的搞（拉－压载荷），直到坏掉，看看寿命有多少个载荷周期。与静力试验的试件不同，即使是同样材料，同样工艺甚至同一批做出来的试件，疲劳寿命也可能有很大差异，可以从几百个周期到几十万个周期，简直是无限可能――这样就比较搞了。为了看起来不那么搞，广大的科技工作者想出了一个很好的办法：就是对寿命取一个以10为底的对数。这样一来，100周变成了2，1000变成了3，10000变成了4，感觉也就相当凑合了。为了应付这不靠谱的疲劳寿命，算出来的东西必须除个安全系数才敢用，而这个安全系数完全靠经验――不是个人的，而是整个飞机工业的。比如老美造了几十万架飞机，天上死了几万人，自然是徘徊在牛A与牛C之间，所以取个2.6吧。兔子比较面，经验少，只敢用3.4，印度嘛，俺也不知道。所以说，同样的材料，在相同设计水平下，老美的东西也会比兔子的轻，或者，同样重量，结构寿命比兔子的长。这个是拿命换来的，买不来。

唠唠叨叨这么多，可以看到，力学水平，结构设计，材料选择，工程经验以及最终的加工制造，都对飞机的重量有很大的影响。这些因素的综合也许是LCA超重的原因。如果超重太多，被迫减重，那么结果很可能就是结构被削弱导致可用过载下降，达不到设计的9g。

这篇水文，是本菜凭着对力学仅存的一点记忆写的，大哈瑞兄看看就好，千万别太当真。我的导师看到这个东西，大概是要骂娘的。

• 呵呵，应该差不多，握手。