复合材料就是先进，金属材料就是落后?俄罗斯第三代高强铝锂合金B-1461和B-1469的应用(简单博文)
从OAK文件上公开的有关MS-21客机材料分布来看，MS-21客机的机身确实铝合金为主，机身壳子当然也是有技术含量的，选材上那就更有学问。有些人以此阴阳怪气自以为是觉得这是材料落后表现，更有甚者拿这个当做支持生意人报MS-21超重近6吨假消息的依据。这事之前本人博文就有辨析也介绍了超重具体原因http://t.cn/A6Y8YAwK，其次朽木堂大佬所发后续博文MC-21-310空机超重2吨，也证实本人分析的准确性，MS-21最大起飞重量增加5.75吨，因为增加附加设备超重2吨。有些人只会搬运不会分析，打着科普旗号刷烂梗，直接相关资料是没有的，只有自以为是胡乱锐评。
老规矩上介绍相关信息的俄文文献，来明确使用的材料牌号。根据2008年俄文文献《Повышение трещиноустойчивости крупногабаритных слитков из сложнолегированных алюминиевых сплавов при полунепрерывном литье》可知铝锂合金B-1461初步应用信息，目前正在为苏霍伊设计局的飞机批量生产B-1461合金制成的板材，也计划将B-1461合金制成板材和型材用于MS-21和图204-300的机身零件。使用金属材料不等于就是必然落后，尤其是民用客机的机身部分使用铝锂合金材料，并不是落后和黑点。要明确铝锂合金和复合材料没有高低贵贱之分，都是先进航空航天材料。复合材料也不是像有些人想象中那样在飞行器所有部件上都具有最佳减重效果。由于复合材料刚性、抗压缩、抗弯曲及抗扭转等性能较差，所以与复合材料相比，铝锂合金在受压及弯曲扭应力部件上具有减重效果优势。
如果更进一步从应用成本、工艺、维护等方面进行综合的考虑，那么复合材料并不会在飞行器所有部件都具有最佳减重效果的结论也是成立的。
通过多篇文献来看，以铝锂合金和复合材料成本考虑来考虑减重效果，不仅铝锂合金在垂尾蒙皮零件减重成本上具有优势，由于复合材料刚性、抗压缩、抗弯曲及抗扭转等性能较差,在机身下部结构和机翼结构采用复合材料需要的铺层厚度更厚,除了达不到预期的减重效果，而且对于蒙皮类零件以外的其它制品,如带筋壁板、型材等结构制品,其材料利用率更低,约为55%~65%,这些部位约占机身可减重部位的70%以上，机翼可减重部位的45%以上,采用复合材料减重成本全无优势。比如A350XWB的地板横梁、座椅滑轨、货舱地板以及机翼的翼肋和机头材料都使用铝锂合金。除此之外A380和波音777都有兼顾减重效率和成本控制使用铝锂合金，庞巴迪C系列窄体客机在机身蒙皮、长桁地板横纵梁、支柱、地板滑轨结构都使用了铝锂合金，蒙皮采用2198-T82，型材则采用2196-T82，降低机身结构重量12％，MS-21的机身能看见金属材料并不是某些人以为的落后，相反这也是先进材料应用的体现。(再比如美国C155铝锂合金制造的平尾减重效果不输碳/环氧复合材料，但价格上更加经济)。从技术和工艺继承性的角度考虑，在结构设计技术上,现有的铝合金的设计技术在经过一定的验证后即可应用于铝锂合金，设计方法及准则更改少,与常规铝合金方案较易转换，在零件制造上铝锂合金可沿用普通铝合金的技术和设备，具有较高成本优势，而且一旦达到经济规模后，铝锂合金成本可以从4倍于普通铝合金降低到2-3倍于普通铝合金。在维护和损伤检查上，相比于复合材料的维修性较差，维护工艺和设备复杂。铝锂合金与常规铝合金在设计、制造、检测上的差异较小，修理相对简单，在航线维护、维修方面的风险较小。
不可否认，复合材料耐腐蚀能力强,具有较高的拉伸强度和抗裂纹扩展能力,得益于复合材料良好的抗疲劳和抗腐蚀特性，也提高了飞机的寿命和安全性，并延长了外场维护问隔时间和大检周期,但也必须考虑其与金属件之间的电偶腐蚀、防雷击等不足之处 。铝锂合金在防雷击无需特别设计，不用像复合材料为了防雷击而增加铜网，在金属地板梁结构中使用铝锂合金也有利于形成导电通路。由于窄体飞机每天起飞着陆多。需承受多次飞行和看陆应力、增压载荷和飞机固有应力，要求机体足够强。相比复合材料面对坠撞有压碎，甚至可能伴有高强度碳纤维和树脂分离，铝锂合金面对坠撞能够变形并吸收能量，所以铝锂合金也更适合用在窄体客机上。从环境影响考虑，铝锂合金也能完全回收，循环使用，复合材料在这方面则有难度。(也难怪有些观点认为，复合材料的优势在进行加强、防雷击(增加铜网)、使用钛合金紧固件等过程中丧失。全铝锂合金与全复合材料飞机相比。甚至能够减重10%(最多):风险低、制造、运营和维修成本可降低30%;同时可以提供同等的舒适性(例如较大的窗户,较高的湿度和增压))
复合材料在减重就一定比铝锂合金更多吗？这也不是绝对的，就以论文《复材机翼气弹特性工程化设计分析技术》为例，最终工程优化减重105kg。B-1461铝锂合金在苏霍伊设计局的第五代战斗机减重又能实现多少呢?通过论文《ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ ПО РЕАЛИЗАЦИИ
«СТРАТЕГИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ НА ПЕРИОД ДО 2030 ГОДА» 》可知，开发了一种适用于T-50飞机承力部件的制造厚度为40-80毫米板材的技术，由低密度高强度铝锂合金B-1461制成。将目前结构中使用的В95п.ч.合金替换为В-1461合金，使得结构重量减轻了150公斤。根据论文《Свариваемые алюминий-литиевые сплавы третьего поколения》Al-Cu-Li-Zn合金B-1461用于苏霍伊公司的产品，以板材的形式制成承力结构的零件(框架、梁、壁、翼肋)，用B-1461合金取代В95пч高强铝合金，仅仅由密度降低，就能确保重量减轻150kg，这也是为什么T-50第二阶段试验机选择这款铝锂合金原因，如能完全顺利的应用必然带来非常惊人的减重量，创造航空史上铝锂合金在第五代战斗机成功应用的经典，只可惜1461铝锂合金存在强塑匹配问题(详情可见博文-苏-57战斗机的机体-试验机时期第二阶段的机体变化http://t.cn/A6mXIgWC，同时相对详细的介绍了B-1461铝锂合金的性能，并分析应用过程产生的问题)，不得不回归经典合金，非承力部分依旧采用B-1461铝锂合金(比如米格29使用1420焊接结构取代铆接结构，得益于1420铝锂合金的低密度，加之取消密封垫、铆钉、螺纹连接件等实现了减重24％，不难理解T-50第二阶段试验机上为了实现激进减重的动机)。MS-21应用还有另一款铝锂合金B-1469，通过文献《НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ВИАМ − ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ
АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ ПРОИЗВОДСТВА ОАО «ОАК»》可知，VIAM开发了与MS-21飞机零件相关的使用挤压弯曲法，通过B-1469合金板带材制造的弯曲型材的技术。当然老规矩还是和X2A66对比，通过《Перспективы развития легких сплавов для изделий авиационно-космической техники》可知B-1469铝锂合金在断裂韧性基本与X2A66基本相当情况下，强度则高出不少(密度B-1469是2.67克/立方厘米，X2A66则是2.65克/立方厘米，出自论文《铝锂合金的发展及一种新型铝锂合金-X2A66》)。在锂含量控制上，X2A66铝锂合金的锂含量1.3％-1.8％，根据文献《ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ
И СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–Cu–Li*》可以了解到B-1469铝锂合金的锂含量控制则更低，锂含量为1.2％，由此可见俄罗斯铝锂合金的技术水平之高，有些人仅以国内文献几乎没有对于俄罗斯第三代铝锂合金细致介绍，就盲目断定俄罗斯铝锂合金停留在苏联时代1460铝锂合金上，自以为在铝锂合金材料上远远领先俄罗斯，本人在去年针对这类折毛行为，所以写下了有关俄罗斯第三代铝锂合金B-1461和B-1469的博文http://t.cn/A6jlYbmH，当然B-1461和B-1469铝锂合金也不是最新的，B-1461则是1998年开发的，B-1461和B-1469铝锂合金应用也表明了俄罗斯仍然是当之无愧的铝锂合金技术强国。VIAM更是没有在B-1461和B-1469铝锂合金成就上止步不前，之后也开发了B-1480和B-1481铝锂合金当然这些以后再讲吧。先进铝锂合金在MS-21和俄第五代战斗机苏57应用不仅不是落后表现，反而是先进结构材料在航空飞行器的应用，应用铝锂合金不仅能够实现结构选材上先进性的要求，也是基于自身优势和不足的扬长避短的明智之举，虽然俄罗斯在航空飞行器的复合材料应用经验有所积累，但是相比西方国家先进水平仍有不足，贸然盲目追求过高的复合材料比例其实并不可取，合理结合自身在铝锂合金技术优势，扬长避短在机翼使用复合材料实现气动弹性剪裁，在机身使用铝锂合金，最终实现降低结构重量的最佳性价比，兼顾气动性能的提高(MS-21-310的超重也只是因为航空公司要求的附加设备导致的增重)。有些博主选择性的阴阳怪气，却不知飞机结构选材上不会单纯只使用一种材料，缺乏关于领域的专注和深入，动不动就想胡乱踩，选择性看材料分布，相关资料掌握极度匮乏情况，就在那阴阳怪气，明里暗里自喻优势在我，内容缺乏沉淀和深入，除了不加辨别的搬运，恬不知耻地自我感觉良好。当然他们底气何在呢？或许是来自于919使用的美国铝业提供铝锂合金制造的机身，更或者是将第三代中强铝锂合金2197国产化用于第四代战斗机。只可惜缺乏开拓的视野下，更不具备掌握不同语言文献资料，更别提将这些不同资料融汇贯通，导致自我标榜的赛博斗兽胜利终成黄粱一梦。我之前在多篇博文一再强调无论褒贬，都当依托于相关资料有理有据，无论919飞机选择陶铝材料为突破口，还是MS-21依托俄罗斯铝锂合金工业和技术的应用，都是合理运用自身优势条件以实现结构选材应用的最佳结果。(再比如有关苏57战斗机的结构选材的文章，互联网水文包括所谓“高见”及其文章，长篇大论半天，虽然字数可能也不多，内容极其空白，具体东西一个也说不出来，高情商说法经过思考合理推断，低情商根本没有掌握相关资料不懂装懂胡说八道，连具体材料牌号都说不出来4个及以上还评价什么，类似地方数不胜数，主打一个自我感觉良好的无知即力量)
复合材料确实是先进材料的一种，但不等于除了钛合金之外的金属材料就是落后材料，这篇博文也不是为了论证复合材料华而不实，相反俄罗斯新一代客机MS-21和第五代战斗机苏57，为了减轻结构重量都应用了占比不小的复合材料，甚至苏57表面的70％都是复合材料，都体现了应用复合材料的先进性和必要性。但如何使用克服复合材料应用中的问题，让复合材料在航空飞行器应用发挥最大助力这才是关键。这点本人博文就有介绍http://t.cn/A6YHn44X。苏-47上用于自适应结构的碳纤维复合材AKM-1被用于MS-21的超临界翼型的复合材料机翼，实现了气动弹性剪裁。在苏57战斗机使用以编织增强填料和用碳纳米颗粒改性的耐热聚合物粘合剂为基础的碳纤维增强材料防雷涂层，解决复合材料防雷击问题，相比传统的使用铜网，受影响面积从 65 平方厘米减少到 4 平方厘米；使用时不会增加结构重量的。避免了碳纤维复合材料和铜网的腐蚀，在雷击损害下具备修复的可能性。同时为了提高碳纤维复合材料结构的运行安全性和可靠性，引入布拉格光纤光栅传感器，作为应变传感器，它们还可以发挥温度传感器的作用，方便了复合材料检测和维护，为苏57战斗机上大量应用复合材料创造了条件，得以通过在飞机表面大量使用复合材料降低飞机RCS和降低结构重量。
另外从MS-21的结构材料构成来看，MS-21复合材料比例虽然在31％，但是钛合金比例只有8％，并没有一些说法那样高达25％，MS-21是使用钛合金比例最高的民用客机这点显然也不成立，反而是在复合材料之外，铝锂合金应用颇有亮点，可见对技术装备的深入了解还是当以当事国相关单位的资料为主，而不是所谓搬运新闻。