[科普中国]-【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。人类社会不断地发展进步，就在于人类能够利用材料制造工具并用来改造世界。正所谓“一代材料，一代装备”。新型材料的诞生与发展，会推动武器装备和作战样式出现重大变革。那么，从古至今，材料在战争中的应用发生了哪些变化？即日起，科普中国军事科技前沿将推出《材料改变战争》系列科普文章进行解读，欢迎关注。

从掌握内燃机，到战争离开地表进入天空，人类不过只用了几十个太阳公转周期的时间。想一想吧，从学会拿着石矛到开始手持铜剑，人类花了几百万年的岁月。是不是觉得太快了？

那么，随着战场向立体方向的扩宽，飞行器的材料技术实则也在决定着每一轮空战，每一次战役，乃至每一场战争的走向，一切正如杜黑所说：“掌握制空权就是胜利，没有制空权则注定失败”。

图为贴合中的P-47战斗机铝合金蒙皮，可见细密的铆钉。（图源：Warbird Information Exchange）

知其一不知其二：零战和超级杜拉铝

从极端恐惧，“谈零战色变”到轻松戏耍这款旧日本海军航空兵的精锐战斗机，美国人的心态转变只用了几个月时间，这不仅是因为性能碾压的F6F“地狱猫”战斗机已经接近实装，更是因为美国人在阿拉斯加意外得到了一架完整的零战，通过评估之后发现了它的两个重要弱点，其中一个还特别致命：零战的金属材料特别易燃，以至于到了.50机枪燃烧弹碰到必起火的地步。

当然我们今天都知道，日本住友金属研发的“超级杜拉铝”一方面能极大降低零式战斗机上主要构件的重量，另一方面却也导致零战成了“易燃火鸟”。

但是，“超级杜拉铝”并没有在战后被弃用：所谓“杜拉铝”正是铝和铜的合金，“超级杜拉铝”则把部分铜换成镁和锌，这种铜镁锌铝合金在今天可谓是大放异彩，于电子产品领域大范围应用，也就是所谓“7000系铝合金”。

那么，日本人到底错在哪？其实“超级杜拉铝”的配比并没有问题，只是日本人在制造这款金属材料的过程中，少了一道关键的阳极氧化工序，后者正是现代铝合金得以做到强度和防火并存的关键。

奇迹的万能钥匙：航空胶合板

图为大量使用胶合板件和木件的“蚊”式战斗轰炸机实物。（图源：acesflyinghigh）

不得不说，在碳纤维复合材料大行其道的今天，林木作为航空材料仍在某些特定领域得到广泛应用，足可见这种自然材料的强度之大。

而在第二次世界大战时，航空胶合板更不是“落后”的代称；恰恰相反，大量战机正是依靠着木材和胶水飞上天空，甚至还有机翼主体使用云杉，表面使用胶合板的“木头奇迹”，英国“蚊”式战斗轰炸机。

如果再把标准放宽一些，那么美国在二战大范围使用的拖曳式空降滑翔机，也几乎是纯木制结构，这些被美国空降兵们蔑称为“飞行棺材”的滑翔机产量超过13000架，生产企业涵盖汽车制造厂、冰箱厂、甚至还有家具厂和棺材厂，倒也算是“名副其实”。

当然了，这种被士兵广为诟病的材质，要加工生产也并非易事。航空胶合板本身需要高质量的桦木、橡胶木等硬木，还需要复杂化工产线生产的专用胶水——二战时期苏联从盟国手中接收的重要物资之一，就是用于制造和黏合航空胶合板所需的特种胶水与设备。

更高，更快，更烫：钛合金与不锈钢的传奇

图为流传被售卖的SR-71侦察机残破部件，多年来看不到哪怕一丝锈痕。（图源：worthpoint）

木材易于加工，铝合金则重量轻，硬度高，但在人类突破了两倍音速，朝着三倍音速冲击的关口，它们却都双双出局：无它，即便是在高海拔空气稀薄的低温环境下，三倍音速的飞行器表面也会有350摄氏度以上的摩擦温度。

当然，除了燃点确实只有一二百（根据具体材质而定）的木材之外，铝合金也能拥有数百摄氏度的燃点，但即便数百摄氏度的热气流无法点燃铝合金，铝合金也会在持续加热中软化变形，失去支撑战机结构的主要功能。

为此，美苏两国在同样掌握钛冶炼技术的同时，却交出了完全不一样的答卷：美国人选择了加工难度和成本均极高的钛合金，换来了它超群的耐热、耐腐蚀和机械性能、以及轻到极致的重量；而苏联则在价格低廉的不锈钢上下功夫，最终把米格-25系列截击机的生产成本降低到了可接受的地步，整体效果同美国同行不相上下。

至于到底谁赢了？就几十年后的今天，我们下定论或许还是显得太早：在钛合金制造的航天飞机之后，不锈钢建造的“星舰”超级运载火箭已经显示出了更强的运载能力和成本控制水平，总的来说它们之间胜负未定，好戏还在后头。

出品：科普中国军事科技前沿 策划：赵清建

制作：旋钮工作室

监制：光明网科普事业部