美軍黑科技工廠投產，給F-35做「激光按摩」，中國奮起直追！

目前，美國F-35已經進入全速生產階段，最高年產量可達200架。俗話說好馬配好鞍，F-35是美軍現役最先進的隱身戰鬥機，融合了大量高精尖科技；美軍也專門為F-35建立了大批高技術的後勤輔助設施。8月20日，美國海軍宣布在北卡羅來納州建成了一座嶄新的激光衝擊強化車間，專用於F-35的結構維護。

這座激光衝擊強化車間屬於美國海軍東部艦隊準備中心（FRCE），目前已經竣工，並將於2020年全面投入使用。這座車間佔地16000平方英尺（約15畝），包括一座激光發生器和配套能源設備，還有兩個進行激光衝擊強化處理的飛機托架，每年可承擔上百架F-35的結構維護工作，無需對機體結構進行拆解，就能完成對機翼、機身隔框等重要部件的強化。

激光衝擊強化技術是一門新興科技，通過高能激光束，在金屬結構表面的約束層材料（黑漆、黑膠帶或鋁箔）瞬間形成等離子體區域，從而產生強大的爆轟衝擊波。這道衝擊波產生強大而精確的壓力，通過約束層（水、光學玻璃）向下作用在金屬材料內部傳播，產生彈性-塑性變形，消除金屬結構內的殘餘應力，平衡內部應力分布，從而明顯提高金屬結構的損傷容限、疲勞壽命和承力強度。

打個不算恰當的比方，機體結構就像飛機的肌肉和骨骼，飛行一段時間後總有些部位很疲勞；而激光衝擊強化就像給飛機做一次徹底的「按摩」，令其「筋骨」得以放鬆、平衡，從而減少損耗、增加壽命。眾所周知金屬疲勞總是從細小的裂紋開始的，因此激光衝擊強化技術可以在源頭上減少細小裂紋的產生。

激光衝擊強化技術誕生於1970年代的美國貝爾實驗室，80年代歐日等國也跟進研究。90年代，在美國高頻疲勞研究國家計劃的牽頭作用下，投入了大量資源和經費，美國終於在21世紀初率先將該技術實用化，並首先應用於F110、F414等渦扇發動機葉片的維護。後來該技術又推廣到機身承力結構、蒙皮，甚至大型汽輪機、汽車結構、石油管道等方面。

以F-22「猛禽」所使用的F119發動機為例，原本已經產生微裂紋、疲勞強度不合格的鈦合金葉片，經過激光衝擊強化後，疲勞強度數值恢復到413 MPa，遠高於設計使用要求的379MPa；整體葉盤疲勞壽命提高至少4倍，單葉片微動疲勞壽命甚至提高了20倍。僅此一項，美軍光是戰鬥機部隊每年就能節約超過10億美元的發動機損耗費用。

FRCE所屬的這座「黑科技」車間將成為世界上唯二的使用激光技術維護和加強F-35結構的車間，另一座是位於猶他州的美國空軍奧登空軍基地維護中心。算上駐廠軍人和承包商員工，FRCE人數超過4200人，年收入超過7.2億美元，是美國海軍和海軍陸戰隊無可取代的重要組成部分。

坦率地講，目前美國在激光衝擊強化領域仍處於世界上的絕對領先地位，遠超歐洲和日本，並對中國實施最嚴密的技術封鎖。但是經過30餘年的不懈努力，國內已經在該領域打破了美國的壟斷，取得了長足進步。

據2018年底報道，中科院瀋陽自動化研究所為瀋陽黎明研發了第二代整體葉盤激光衝擊強化生產線，令某新型大推力渦扇發動機葉片核心部件的振動疲勞壽命提高了至少12倍，總體使用壽命突破3000小時大關，是俄羅斯同類發動機壽命指標的1.5到2倍，達到了美國同類發動機壽命指標的一半。

雖然我們在該技術的應用範圍、工藝流程、標準化等方面還與美國存在不小差距，但是這一差距在不斷縮小中。總而言之，像激光衝擊強化之類的高精尖技術，在國防、航空乃至民用高科技領域有著極高的價值，是未來應用科技發展的重要方向。【文/妹子楊】

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