歼-20座舱盖的跨代提升，见证“两条腿”跑出来的奋起直追之路_风闻

在这两天的开训报道里，不仅人民空军各型先进战机纷纷亮相开飞，有着“三代机标配”整体式风挡的歼-7G，也以其独特的魅力吸引着人们的目光。

▲外挂3个副油箱和2枚霹雳-8B空空导弹，“七爷”近年来这种满挂的场面并不多见

歼-7G的整体式风挡，在我军装备的第二代歼击机中确实独一无二，让飞行员视野更为开阔；加上该机还配备了JL-10G脉冲多普勒火控雷达，这让参与见证了歼-7系列改进发展的屠基达院士在其《追逐光明的历程》一文中自豪地写道，“歼7飞机终于有了一对好眼睛！”

而在《追逐光明的历程》的开头，屠老谈及歼-7的“近视眼”问题时，曾提到驾驶歼-7早期型号的飞行员，需要通过（62毫米厚的）防弹玻璃、（14.5毫米厚的）风挡前玻璃向前观察，透光率大打折扣，使得飞行员视力再好也看不远。打眼儿一看，您肯定觉得这口锅主要是防弹玻璃的，但那块风挡也不是个善茬。

▲时间长了，防弹玻璃材料老化对视野的影响也挺大——当然如果按着世界大战模式合计，那多数米格-21们确实不需要考虑“老化”的问题

作为歼-7仿制的原准机，米格-21的风挡前玻璃分为三层：最外层为4.5毫米厚的半钢化硅酸盐玻璃，最内层为8毫米厚的钢化硅酸盐玻璃，两层玻璃之间则是2毫米厚的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）中间膜，经过加温加压粘合起来。而作为“吃透米格-21”的一部分，米格-21的风挡前玻璃也成了国内仿制攻关的一项成品。

▲采用不增塑的PVB中间膜，是考虑到米格-21高速飞行气动加热带来的耐高温问题，但这也会带来更大的热应力，容易导致边缘“开胶”

两层硅酸盐玻璃还好说，PVB中间膜就比较费劲：虽然辽宁省锦西化工研究院于1963年试制出了第一批PVB中间膜，但成品装在歼-7上却出现了一些“小白点”，进一步影响了风挡前玻璃的透光效果。为此，化工部和建材部共同组织会战，着重对影响PVB中间膜清晰度的“小白点”展开大量研究；到上世纪60年代末，国内已经能成吨供应PVB中间膜供航空和地面使用，满足了歼-7投产和歼-8试制的需要。

▲座舱盖向前开，也是一种失传已久的画面

但直到上世纪90年代初，国产PVB中间膜的质量仍不能达到国际A类夹层玻璃标准的要求。这使得在汽车用安全玻璃的国家标准已经制订、汽车厂要求玻璃厂提供A类夹层安全玻璃的时候，厂家不得不暂时从美国进口部分PVB中间膜，以“满足高质量要求的用户需要”。

虽然这里有国产PVB中间膜长期集中于航空产品研制，对汽车及建筑产品研究不够深入的因素，但实际上航空PVB中间膜的良品率也并不高。随着改革开放的深入，一批中外合资企业陆续立项投产（例如与加拿大企业合资的秦皇岛嘉华塑胶），才使得国产PVB水平大为提升。当然这都是题外话，咱们还是说回飞机。

▲要想把大家往高处带，产业光有规模不升级是不行的

到了上世纪70年代研制的歼-7Ⅱ，因弹射救生系统的升级，使得其座舱盖与风挡都有了明显改进。歼-7Ⅱ的“三片式”风挡中，两侧玻璃使用国产DYB（定向有机玻璃的拼音缩写）-3定向有机玻璃；前玻璃虽然外观上看着和米格-21F-13的差不多，但最内层改为半钢化硅酸盐玻璃，内外层之间采用两层较厚的全钢化硅酸盐玻璃，以在取消防弹玻璃后仍保持一定的防护特别是防鸟撞能力。

此后这种“三片式”风挡，成为了绝大部分歼-7/8系列飞机，以及基本型“飞豹”前风挡的“标配”外观（当然其内部具体结构、玻璃型号往往有差别）。但其较为沉重、影响视线的问题也一直难以忽视；之前写歼-12的时候，就曾提到过320厂为该机和强-5乙加工试制了三合有机玻璃材质的整体前风挡。

▲特别是到了上世纪90年代还要往座舱里塞这这那那的时候，这视野怎一个局促了得

1976年3月，作为对我国援越抗美的感谢，越南人民军将其缴获的一批美军及南越军队装备送给我国，其中就有一架F-5A。作为国内获得的第一架采用整体式风挡的美制战机，F-5A的风挡采用的是8毫米厚的丙烯酸酯单层玻璃，不仅轻便、而且产生的光偏差很小，给参观分析该机的人留下了深刻印象。

1981年8月8日，国民党空军花莲5联队飞行考核官黄植诚少校，驾机起义回归祖国大陆。而他带来的这架F-5F，其整体式风挡又改进为三合有机玻璃——在两层丙烯酸酯玻璃中间夹了一层PVB中间膜，以提升抗鸟撞能力。这样一来，F-5E/F的风挡厚度也达到了18毫米，与歼-12相同。

▲看到这张图里空空的后座，就不得不提那个在东引岛上空跳伞的后座飞行员许秋麟了

虽然通过实物开阔了眼界，但能否为高空高速指标均远超F-5的在研新型歼击机“也整一个”，那还是个大问题，**所以1990年首飞的K-8，反而成了国内完成对F-5风挡实物的分析后，首款使用整体式风挡的国产飞机。**这块风挡采用YB-3型非定向有机玻璃（铸造丙烯酸酯）制造，相比已经在歼-7Ⅱ两侧风挡使用的DYB-3定向有机玻璃，YB-3虽然韧性低、抗撞击能力差，但胜在透光率更好，这对于长期为歼-12风挡光学畸变问题所困的320厂来说，的确很有吸引力。

▲光洁轻巧的整体式风挡不仅使得K-8的“颜值”一直在线，也是“时髦值”的一部分

至于YB-3抗撞击能力差的缺点，K-8毕竟是一款亚音速教练机，320厂通过将其风挡厚度保持为与歼-12相当的18毫米，也达到了当时《军用飞机强度和刚度规范》（GJB67.3-85）中，“飞机在海平面上以最大设计平飞速度飞行时，能承受1.8千克飞鸟的撞击而不被穿透”这一条标准。

▲对比F-5A舱盖的情况，DYB-3已经是整个八九十年代国内性能最好的航空有机玻璃了，但后者700飞行小时的定寿标准相比之下仍然逊色

虽然亚音速教练机的整体式风挡算是解决了，但要与歼-10原型机总装节点同步，拿出符合第三代歼击机要求的整体式风挡，对于1958年成立，国内唯一能生产航空有机玻璃的锦西化工研究院来说，压力还是很大；特别是在了解到此时美国等西方国家的技术水平之后，更是如此。

例如三代机的代表机型F-16，其大尺寸座舱盖透明件使用聚碳酸脂（PC）材料，由于韧性极高，其厚度虽然仅为0.5英寸（12.7毫米），但防鸟撞能力却相当于23毫米厚的丙烯酸酯材料，耐热性也较好。锦西化工研究院在技术跟踪时，也试制过聚碳酸酯材料透明件，但发现国产件的透光度实在太低，无法用于座舱盖。

▲另外，聚碳酸酯较低的硬度也使得使用中易磨损划伤，需要采取相应的防护措施。包括F-22在内，美制战机的聚碳酸酯座舱盖多通过注射成型法等新的加工工艺，以及与丙烯酸酯类材料复合的方法，以降低这类材料相对较高的生产成本和时间代价

在经历“十号工程”和“十一号工程”之前，中国航空工业对机载产品领域的重视和投入都长期不足，而锦西化工研究院又不在航空工业旗下、而是隶属化工系统，情况就更为特殊。所以，即使**锦西化工研究院在“七五”期间接到为歼-10风挡透明件配套的任务时，就定下了轻度交联定向拉伸有机玻璃的大方向；**但其研制进度也非常缓慢，到1997年仍未达到可以进行试加工的技术状态。

此时中俄刚刚完成关于引进苏-27生产技术的“十一号工程”谈判，其中自然包括引进制造风挡及座舱盖的AO-120型有机玻璃（也使用丙烯酸酯类材料）。但首先从引进技术到打通生产线再到“举一反三”，远非一日之功，其次AO-120的技术特点，与北京航空材料研究院（621所）为试生产歼-10风挡进行的前期准备也有点对不上；在“远水不解近渴”的情况下，歼-10的风挡透明件先通过引进西方有机玻璃产品加工解决，“两条腿走路”，也是那个时候必然的决定。

▲“猛龙”出世的节点，那也是真耽搁不起了

另外在这一时期，随着我军苏-27使用经验的增加，部队对其座舱盖材料特性的研究也已逐步深入。例如针对其风挡及舱盖玻璃表面出现的银纹（在阳光下较为明显），空军在2000年10月颁发的暂行规定，就明确了可以适当突破俄方规定的银纹深度和面积限制而继续使用，实践也证明了确实没什么问题。

▲那个时候估计还不至于出现座舱盖里有气泡这种情况（图为试飞中的苏-57）

有了现代化整体式风挡的制造经验、又有了维护经验——虽然玻璃材料暂时还是外国的；那么也就可以拿这个当卖点，让此时正对“枭龙”望眼欲穿的老巴先“填饱肚子”——顺便也让他们再当一回小白鼠。2000年12月，歼-7PG首飞，2001年底首批飞机交付巴基斯坦空军，所以如果非要抠一个定义**“中国最早批量生产的整体式风挡歼击机”，那么就是歼-7PG了。**

▲对于“中国飞机上有些外国的件儿”这种设定，老巴那真是一直来者不拒

在航空材料研究院及其他单位的大力协助下，在歼轰-7A和歼-7G这两个也用上了整体式风挡的型号相继首飞之后，辽宁锦西化工研究院为之奋斗了十余年的YB-DM-10（DM意为定向拉伸、研磨抛光）轻度交联定向拉伸有机玻璃，终于达到了可以交付测试的阶段！

▲经过加工与对比测试，YB-DM-10的力学性能，尤其是断裂韧性与法国产品基本相当，耐热性犹有过之，与美国产品接近

而作为歼-11B材料国产化工程的一部分，受俄制AO-120有机玻璃的影响，技术路线与YB-DM-10有所差别的YB-DM-11也于2003年交付航空材料研究院。虽然经过热成型、镀膜、装配等工序后，**加工出的风挡透明试验件起初一度遭遇了因光学畸变导致的视场变形问题，险些有用回AO-120之虞；**但航材院通过之前的摸底工作，仍在最后关头攻下了风挡透明试验件加工难题。

▲也是《军工记忆》歼-11这一期的一大话题了

2004年，YB-DM-10通过技术鉴定，进入小批试生产，锦西化工研究院先后研制了7.5毫米和22毫米厚的两种玻璃板材供多型国产战机选用；2007年，YB-DM-11也通过技术鉴定随歼-11B批产，并获得了2009-2010年度中国化工集团科学技术奖二等奖。随着两型有机玻璃顺利投产，让我军三代机的风挡原材料再也不必受制于人，它们的生产制备方法被授予2015年度中国化工专利优秀奖。

▲歼-10C和歼-16的图就从官方号里找，歼-20的图那必须请出万全巨师的巨作

2001年，中国还没有实现歼击机整体式风挡的量产，更不要说原材料的国产化；2011年，全世界都看到了使用一体化座舱盖的2001号一飞冲天。当歼-20座舱盖的关键技术与设计方案已经开始解密的时候，我们同样应该铭记那些默默无闻的人们，在新世纪第一个十年的奋起直追。

▲节选自《航空学报》2020年第6期《先进战斗机发展技术专刊》之《新一代战斗机座舱盖关键技术与设计方案》