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英國開發耐1500度高溫鈦合金涂層

英國近期開發了一種耐高溫(主要成份為鋁鈦合金)的金屬涂層技術,用于涂覆“伊麗莎白”號航母飛行甲板——號稱能抗1500度的高溫。而這么做的理由,是F-35B型戰斗機在垂直降落時,尾噴管的燃氣會對飛行甲板形成高溫腐蝕效應。

  那么針對這個新聞,我們可以提出三個問題:首先,難道F-35B和航母建造時,就沒有考慮到燃氣的高溫破壞問題?其次,為什么是用鋁和鈦的合金,真能擋住1500度的溫度嗎?最后,這一改造能提供多長時間的防護能力?第一個問題的答案是,考慮過,但實際情況比設計時糟糕得多。對于F-35B型來說,垂直起降的動力系統上原本有兩種選擇;簡單的方法,是參照雅克141的設計,在中機身前方設置1-2臺簡化結構(比如取消加力燃燒室、簡化壓氣機級數)的渦輪噴氣發動機,提供垂直方向上的升力。而復雜的方法,則是從主發動機中用復雜的傳動機構,驅動風扇來吹出足夠的升力。

  只從飛機本身的性能來說,雅克141的法子簡單、省事且性能最高——升力發動機這種工作時間很短壽命要求不高的東西,推力可以調教的非常可怕。但是這個路線,實際上是用軍艦設計制造的復雜化和對場地的適應靈活性為代價,來換取飛機本身的性能。因為升力發動機的燃氣溫度非常高,要承受雅克141這樣的飛機起降,飛行甲板本身必須是耐熱金屬而且要采用水冷循環散熱——實際上就是造一個特別大號的鋪平的航母擋流板。F-35B上想繞開這個問題,采用了性能更低、制造更復雜費錢的升力風扇方案;但試飛結果證明,它沒有完全解決噴流溫度過高的問題,著艦甲板仍然要進行一定的強化。

  第二個問題的答案是,鈦-鋁合金依靠高鋁含量,可以在表面連續形成穩定的氧化鋁保護膜,這是它賴以抵擋高溫氧化(就是英國人嚇得要死的航母甲板腐蝕問題的關鍵)和鈦起火(再說一次,鈦在高溫下性質非常活躍,耐高溫是鈦合金的劣勢而不是優勢)的關鍵所在。至于抗1500度什么的,那是吹出來的;鈦鋁系高溫鈦合金的工作溫度極限以550度為分水嶺,能到600度的都是性能和價格都非常高的牌號了。再說了F-35B尾噴流哪里來那么高溫度,就是雅克141的升力發動機也沒有。

  第三個問題的答案,貌似能用得挺久的,據稱壽命可以達到50年,航母服役終身不用再維護。據說是利用約10000℃的等離子體加熱金屬粉末,熔化后的金屬形成液滴鋪展開來并迅速固化,產生2.5毫米厚的涂層;敷設面積達到2000平方米,占飛行甲板總面積的10%左右。


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