【材料改变战争】塑出天神的羽翼：决定空战走向的材料革命

编者按:

材料是人类赖以生存的物质基础。人类社会的不断发展和进步在于人类能够用材料制造工具和改造世界。俗话说，“一代材料，一代设备”。新材料的诞生和发展将推动武器装备和作战方式的重大变革。那么，自古以来，战争中材料的应用发生了什么变化？从现在起，中国军事科技科普前沿将推出一系列题为“物质变革战争”的科普文章进行解读。欢迎注意。

从控制内燃机到离开地球表面进入天空的战争，只用了几十个太阳时。想想吧。人类花了数百万年才学会握住石矛并开始握住青铜剑。你认为它太快了吗？

然后，随着战场在三维方向上的扩大，飞机的材料技术实际上决定了每一轮空战、每一场战斗甚至每一场战争的方向。正如杜黑所说:“掌握空气控制就是胜利，没有空气控制就注定要失败”。

图为P-47战斗机铝合金蒙皮在粘接过程中，细铆钉清晰可见。(资料来源:战鸟信息交换所)

知道一件事而不知道另一件事:零战和超级硬铝

从极度的恐惧，“一提到零战就变得苍白”，到轻松地玩弄这位日本海军航空兵精英，美国人只用了几个月就改变了他们的心态。这不仅是因为性能压倒一切的F6F地狱猫战斗机接近其实际安装，还因为美国人意外地在阿拉斯加获得了一场完全的零战。经过评估，他们发现了两个重要的弱点，其中一个是特别致命的:零战的金属材料非常易燃。50个机枪燃烧弹肯定会着火。

当然，我们今天都知道住友金属公司的“超级杜拉铝”一方面可以大大减轻零战机主要部件的重量，但另一方面，它也导致零战成为“易燃的火鸟”。

然而，“超级硬铝”并没有在战后被抛弃:所谓的“硬铝”是铝和铜的合金，“超级硬铝”用镁和锌代替了一些铜。这种铜-镁-锌-铝合金可以说在今天大放异彩，并广泛应用于电子产品领域，即所谓的“7000系列铝合金”。

那么，日本人有什么问题呢？事实上，“超级硬铝”的比例不成问题，但日本人在制造这种金属材料的过程中失去了一个关键的阳极氧化工艺，这是现代铝合金强度与防火共存的关键。

奇迹的万能钥匙:航空胶合板

图为一种大量使用胶合板和木材的“蚊子”战斗轰炸机。(资料来源:acesflyinghigh)

必须指出的是，在碳纤维复合材料流行的今天，树木作为航空材料仍广泛应用于某些特定领域，这显示了这种天然材料的强度。

在第二次世界大战中，航空胶合板甚至不是“落后”的同义词。相反，大量战斗机在木头和胶水上飞入天空，甚至主翼上的云杉和胶合板上的“木头奇迹”，英国的“蚊子”战斗机轰炸机。

如果标准进一步放宽，在美国第二次世界大战中广泛使用的拖曳式空中滑翔机几乎都是由纯木材制成的。这些滑翔机被美国空降兵斥为“飞行棺材”，产量超过13000架。制造商包括汽车厂、冰箱厂，甚至家具厂和棺材厂，这是名副其实的。

当然，这种被士兵们广泛批评的材料不容易加工和生产。航空胶合板本身需要高质量的硬木，如桦木和橡胶木，以及由复杂的化学生产线生产的特殊胶水。第二次世界大战期间，苏联从其盟国获得的重要材料之一是制造和粘合航空胶合板所需的特殊胶水和设备。

更高、更快、更热:钛合金和不锈钢的传奇

这张照片显示的是出售的SR-71侦察机的破损部件，这些部件已经很多年没见过生锈的痕迹了。(资料来源:worthpoint)

木材容易加工，而铝合金重量轻，硬度高。然而，当人类突破双音速，向三音速冲击时，这两者都消失了。没有它，即使在高空稀薄空气的低温环境中，音速为三倍的飞机表面的摩擦温度也将达到350摄氏度或更高。

当然，除了燃烧点只有1200的木材(取决于具体的材料)，铝合金可以有几百摄氏度的燃烧点。然而，即使几百摄氏度的热气流不能点燃铝合金，铝合金在持续加热下也会软化变形，失去支撑战斗机结构的主要功能。

为此，美国和苏联在掌握相同的钛冶炼技术的同时，给出了完全不同的答案:美国人选择了钛合金，这是一种极其难以加工和昂贵的合金，以换取其优越的耐热性、耐腐蚀性和机械性能，以及其极轻的重量；另一方面，苏联在廉价的不锈钢上努力工作，最终将米格-25系列截击机的生产成本降低到可接受的水平，总体效果与美国相当。

至于谁赢了？几十年后，我们得出这样的结论可能还为时过早:继钛合金制成的航天飞机之后，不锈钢制成的“星际飞船”超级运载火箭已经显示出更强的运载能力和成本控制水平。总的来说，他们之间的结果还不确定，戏剧还没有上演。

生产:科普——中国军事科技的前沿

规划:赵清健

制作:旋钮工作室

监督人:光明网络科普部