[科普中国]-航空透明件

结构与功能

航空透明件的结构和功能是随着航空的历史发展过程而逐渐发展起来的。早期飞机由于速度小、高度低，结构简单，仅在座舱前设置简单的挡风罩，飞行员在开放、气流吹袭的环境中完成飞行。随着航空技术的发展，飞机的飞行速度和高度日趋增加，座舱盖逐渐从简单的挡风罩结构发展到复杂的、具备多功能的透明件系统，由透明件、边缘连接件、金属骨架、钣金件、除雾系统和密封件、标准件等组成。其主要功能是与机身座舱段构成密封座舱，保护飞行员免受迎面高速气流的吹袭和外部环境的威胁，在飞行条件下为飞行员提供舒适密闭、宽敞明亮的活动空间和生存环境，清晰、开阔且不失真的视野，并与平视显示器匹配，以完成起飞着陆和战斗、运输任务。

由于透明件是机身结构的一部分，为保持机体流线平滑，大多数透明件具有精确的曲面外形，在结构上要具备一定强度和刚度，能够承受飞行中的气动载荷、增压载荷和高、低温交变热载荷的作用。因此透明件设计须满足总体要求：①满足气动外形、飞行员视界的要求；②具有足够的强度刚度，具有一定的抗鸟撞能力；③满足座舱气密要求，为飞行员提供封闭舒适的生存空间；④透明件的光学性能必须满足飞行员观察、瞄准的需求；⑤满足恶劣环境下的寿命要求；⑥能与弹射救生系统相匹配；⑦满足座舱雷达反射截面(RCS)减缩要求。1

主要性能要求外形：一般要求保持外形流线；隐身外径要求缩减RCS，采用特殊外形设计；

视界：尽可能提供良好的视界和清晰度；战斗机除要求宽阔的前视、侧视外，还要求有良好的侧下视、上视和后视能力；

光学性能：良好的透光率和表面光学质量，最小的雾度；风挡和重要的观察窗要求光学畸变和光学角偏差；

承载能力：①静载，能承受气动载荷、增压载荷及其他附加载荷，静力试验合格；动载，能满足疲劳载荷要求，使用寿命达到设计规定；集中载荷：飞机正面的透明件有抗鸟撞要求，在经受鸟撞击后，不允许发生影响飞机飞行的结构损伤，也不允许发生可能伤害飞行员或妨碍其执行正常任务的结构损伤作战；部分飞机透明件有防弹性能要求；

耐热/耐寒/耐其他环境条件：从地面极限温度考虑，要求能满足-55℃ ~ +60℃工作条件，耐老化、湿热、盐雾等环境；对超声速飞机，透明件应能承受表面气动加热；在巡航速度下应能承受长期高温的环境；对运输机、直升机、客机等有通电加热或喷洒液体达到防冰防雾的要求；耐砂石磨蚀；

隐身性：透明件表面镀制金属膜系，光电性能需良好匹配，耐环境性能满足要求；

阻燃性：民用飞机透明件需按民用航空条例CCAR25部的规定平均燃烧速度不超过63mm/min。

维修性：易于维修，同一制件具有互换性；1

演变历程随着人类的进步、科学技术的不断发展以及战争和军备竞赛的刺激，航空业得到了空前的发展。以充分体现航空制造水平的战斗机为代表，为了实现更高的作战功能，各国不断追求高空、高速和超低空的发展方向，对航空透明件提出了更苛刻的要求，除应满足结构强度、光学性能、耐环境性能设计及隐身等主要功能要求外，特别需要有大视界和高抗飞鸟撞击能力以及很好的下视下射能力，致使透明件的尺寸越来越大。这是现代先进战斗机最明显的特征之一。

下表列出了国内外战斗机从二代发展到四代机，座舱透明件外形的演变历史和特点。从表中不难看出，先进军用飞机的座舱透明件已经由简单的外形，单一功能逐步发展为结构复杂化、尺寸大型化，功能多样化的关键功能结构件，外形结构设计将透明件的功能发挥得淋漓尽致。

|| || 国内外战斗机座舱透明件外形结构的演变历史和特点

新型战斗机座舱透明件的隐身功能是其特征之二。隐身性能是先进战斗机生存力的一个重要指标，也是衡量其先进性的一个重要判据。座舱是飞机三大电磁散射源之一，对机头方向的RCS贡献约占全机的1/4。而座舱RCS的绝大部分来自于座舱腔体的散射，飞行员头部和头盔、座舱内各种控制器和显示器，都增强了飞机的雷达信号特征，而且与外形设计也有密切的关系。根据飞机总体隐身性能要求，在座舱透明件上镀制金属膜系以屏蔽座舱内部的电磁散射，或采用低RCS座舱外形设计，可具备一定的雷达隐身功能。随着现代科学技术的发展和军事需求，透明件红外隐身功能将得以实现。

以往的民用飞机和运输机驾驶舱透明件一般采用平面型硅酸盐无机玻璃层合结构，这种平面形状玻璃对飞机的气动外形有一定影响，而且透明件面积小、安装的骨架影响飞行员的视野。波音系列、空客系列客机，以及我国的ARJ21、新舟系列的支线机均采用这种多块式的无机层合玻璃(见右图)。以A380、波音787为代表的新型客机驾驶舱风挡及侧窗玻璃已开始采用大面积的曲面型层合玻璃，

我国研制的C919飞机驾驶舱玻璃也采用了这种外形设计。由此看出民机驾驶舱透明件也已向着曲面形状、大面积、薄厚度、轻重量、高强度、宽视野的方向发展。1

发展趋势随着飞机对透明件提出的更加苛刻要求以及透明件外形设计技术的发展，对透明材料的要求越来越高，同时大大增加了透明件制造技术的难度，由此也给透明材料和透明件制造技术发展带来了前所未有的机遇与挑战，带动了透明材料和透明件制造技术及相关辅助材料和技术的发展，透明件不再是单一技术的体现，而成为融材料学、光学、化学、力学和热力学以及隐身技术等众多学科为一体的综合性技术。1