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最近听说《TopGun2》将在明年上映，飞机主角换成了F/A-18超级大黄蜂，不能不说是种遗憾。因为前代的F-14太过经典，几乎在每个航空迷心中都有无法替代的地位，以至于人们提到F-14，前面常常加上“永远的”这样的定语。
帅气的F-14 从产业史上讲，F-14也是一种载入史册的航空器。F-14的典型作战场景是携带AIM-54高速截击苏联轰炸机，而需要从航母上起降，又同时要求其有优越的低速性能。为满足这样矛盾的性能需求，可变后掠翼在60-70年代是一个流行的解决方案，因此F-14的可变后掠翼也成了其“招牌特征”。 变后掠翼的F-14，图片来自MATS 舰载机相对陆基飞机有结构重量的劣势，而采用可变后掠翼机构对减重要求就更加严酷。为了实现F-14的高性能，工程师们在研发与生产过程中实现了材料，工艺和设计上的一系列创新。本文简单谈几点： 第一种大量采用钛合金的战斗机。 钛合金在787和A350等现代客机上使用量已达到15%，钛合金在航空上的应用，最早开始于航空发动机。而在机体上，洛克希德公司的L-1011是第一种大量使用钛合金机体结构的民航客机，F-14是第一种大量使用钛合金机体结构的战斗机。 图片来自《Titanium：A Technical Guide 2nd Edition》 F-14上大量使用了Ti-6Al-4V，根据不同的文献，使用量有18吨至24吨。Ti-6Al-4V是目前航空航天工业使用量最大的钛合金，按重量占总量的45%。 F-14主要材料的分布，图片来自MATS 可以看到，钛合金主要使用在机翼结构上，特别是外翼翼盒，中央翼盒和旋转枢轴（pivot）上。 由上图可见，F-14上大量采用了钛合金锻件，重量超过10吨（22400磅）。 第一种采用硼纤维复材的战斗机。 硼纤维增强复合材料的主要用减轻航空航天结构重量，例如飞机结构件、发动机零件（如风扇、压气机叶片）、卫星、航天飞机结构件等。由于制造成本极高，其应用受到限制。硼纤维复合材料有高比强度和比模量，相对碳纤维复材，有耐高温并不易与铝合金发生电化腐蚀等特点。 F-14全动平尾的结构，图片来自MATS 复材结构最早应用于飞机的二次结构。在F-14上也不例外，硼纤维复材主要应用在其全动水平尾翼上。由上图可以看到，F-14的平尾由主结构、前缘、后缘和翼尖组成。其中主结构为硼纤维复材；前缘、后缘和翼尖为铝合金。 第一种大范围采用电子束焊接（EBW）的飞机。 电子束（Electron Beam）加工是在真空条件下，利用电子枪中产生电子加速、聚焦后产生高能高速（光速的60%~70%）的电子束流冲击工件表面，在极短时间内电子的动能转换成热能，形成小孔效应，使工件加部位达到几千摄氏度，材料的局部融化和蒸发。 EB加工示意图，图片来自PTR 电子束（EB）进行材料加工有百年以上的历史，首先始于1900年代早期，用于在真空中熔化难熔金属。从那时起，随着其两种主要支撑技术 - 真空技术和电子束技术水平的不断发展，EB的应用范围逐渐扩大。 EBW示意图，图片来自PTR 电子束焊接（Electron Beam Welding，EBW）最早应用于20世纪50年代初的德国，并在50年代中期传到法国。此后美国从德国引进了EBW设备与相关技术，最早用于核工业。 20世纪60年代，EBW在美国迅速发展，全国举办了许多EB研讨会。在这十年期间，在美国安装了大约500台EBW机器。可以说，60年代是美国EB焊接的黄金岁月。不难想象，为什么在60年代末研发的F-14上应用了这项新技术。 F-14机翼翼盒大量采用了EBW 电子束焊接经过半个世纪的发展已经成为一项成熟技术，在航空和航天领域均有应用，尤其是大功率大熔深的应用上仍是主流技术之一。而与EBW原理类似，但比电子束焊更新的激光焊接在汽车产业中（如焊接白车身的钢板）有更广泛的应用。 NADCAP评审项目，资料来自PRI EBW也是Nadcap批准项目的之一，编码AC7110/3。 第一种采用损伤容限设计的战斗机。
损伤容限设计方法是总结以往飞机设计、使用经验并在断裂力学理论的发展基础上，以设计规范形式确定下来的一种设计准则。损伤容限设计的基本出发点是承认结构中存在初始缺陷，然后通过设定损伤容限来分析和试验：
在钛合金结构设计上使用损伤容限，使F-14在采用复杂结构和使用场景的情况下，有了优良的机体寿命和相对较轻的结构重量。可以想象，是需要反复大载荷起降变后掠翼结构特征倒逼了新型设计方法的应用。据信，40余年后F-14在伊朗空军仍然在服役，也是Tomcat耐用性的一个明证。 来源：航空产业网公众号 |
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