戰機座艙罩提升性能 保障飛安

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【韜略談兵】戰機座艙罩提升性能 保障飛安

青年日報  文：郭文彬        2024/06/13


戰機從開放式座艙，進階成斜背式、淚滴型，大幅提升作戰效能。圖為具前開式座艙罩的F-35戰機。(取自DVIDS)


 戰機座艙罩（Canopy）是兼具保障飛安與提升戰機性能的關鍵部件，為先進材料科學及精密製造工藝結合之高技術性航空裝備；其發展及功能，隨著科技進步和作戰需求增加，不斷革新優化，為各世代戰機發展奠定堅實基礎。　　　

 一戰時，戰機均採開放式座艙。戰後，隨著飛行速度及高度大幅提升，封閉式座艙的實用化，保障飛行員操控之安全及舒適性，不僅使執勤效率倍增，更利於電子化、自動化儀器的裝配，使戰機發展邁入新里程。早期，多採與機身相併之斜背式（Fastback），二戰中後期，許多戰機如噴火式VIIl型、P-47N、P-51D等，已改良為全視野的淚滴型座艙罩，大幅提升作戰效能。進入噴射機時代，座艙罩更依高速飛行需求與實戰經驗持續升級，成為現今高性能戰機的重點技術指標。


早期的戰機如P-39，還能見到車門式的座艙。(取自美國空軍歷史研究部)

 座艙罩的功能

 一、保護飛行員：座艙罩可有效隔離高速氣流、噪音、異物和紅、紫外線輻射，使飛行員免受外在環境威脅，並能承受一定的衝擊與壓力，提供綜合性安全保障。

 二、支持戰機「環境控制系統」（ECS）：密封的座艙罩能維繫「環控系統」運作，使飛行員獲得充足氧氣、適宜氣壓及溫度，同時確保艙內電子設備有效運行。

 三、提升全天候飛行能力：現代戰機座艙罩的電加熱系統，具防冰、除霧、除霜及排雨功能，能因應複雜氣候條件下的執勤需要。

 四、強化作戰效能：座艙罩透明材質及良好視野，可提高飛行員對外界感知和迅速反應能力，而部分先進戰機座艙罩還具有匿蹤塗層（如F-16V、F-22），不僅能減少「腔體反射效應」降低RCS，並具有防護電子設備遭受電磁干擾之作用。



AV-8B戰機的座艙罩是滑蓋式座艙罩。(取自DVIDS)

 型式多元 風格各異 

 座艙罩依戰機類型與用途不同設計各異，在外型上，螺旋槳時期多採含多條金屬框架的鳥籠型或溫室型，噴射戰機則以淚滴型、氣泡型為主，多邊型（如F-102、F-117）為特例。按結構組成有：傳統前獨立風擋加後方封罩型（如F-5E）或一體成型式（如F-22）；雙座戰機則有並列式（如F-111）與縱列式（如F-14）。依開啟方式分成：車門式（如P-39、P-63）、滑蓋式（如AV-8B、Su-57）、側開式（如F-104、飆風式）、前開式（如MiG-21F、F-35）及後開式（如F-15、Su-27）等。


飆風式戰機的座艙罩是側開式座艙罩。(取自DVIDS)


F-15戰機的座艙罩屬於後開式座艙罩。(取自DVIDS)

 全方位設計考量 

 座艙罩設計務求全方位考量，首先，要配合戰機任務與氣動外型，並顧及操作及進出艙的便利性與艙內整備效率。材質選用上需具備優良光學特性、抗老化、耐候性及不同溫度適應力， 並具一定之經濟壽命；結構強度要能承受高速氣動壓力、氣流與鳥類撞擊，以確保座艙完整性。另外，座艙罩也是緊急逃生系統的重要組成，如採「拋蓋式彈射」則裝有拋蓋火箭裝置（如F-18、F-22），若採「穿蓋式彈射」則艙罩上備有導爆索（Explosive Cord）設計（如旋風式、F-35）。

 材質方面，早期螺旋槳戰機以「無機玻璃」為主，但存在密度大、重而易碎、加工性差、難以製成複雜曲面等缺點。現代戰機則普遍改採「合成樹脂」（Synthetic Resin）原料，主要使用「聚甲基丙烯酸甲酯」（PMMA）和「聚碳酸酯」（PC）等混合夾層。前者優點為透光率高、量輕、易加工、耐候性佳、不易出現老化銀紋現象。後者具備良好的折射率、電子絕緣性、抗彎強度、防靜電、雷擊、耐衝擊與耐高溫等特性。往常主要採層合後壓疊成型法，現今，如F-35已改採一次注射成型工法，大幅縮短製程與成本。另F-22 猛禽戰鬥機座艙罩不是透明無色，而是透出淡淡墨綠色，是因為座艙蓋表面鍍了一層膜，主要目的為提高匿蹤性能。


F-16的氣泡型座艙有非常廣闊的視野。(取自DVIDS)


F-117的座艙罩是很少見的多邊型結構。(取自DVIDS)



 強化超低可偵測性 

 面對偵搜體系與戰場威脅劇增，未來戰機座艙罩將更加強化超低可偵測性（VLO），滿足新世代空戰平臺「智慧化、全向位、超寬頻」的匿蹤要求；並提升在複雜電磁干擾環境下的綜合防護性，確保飛行員與戰機在未來高強度作戰中，擁有更高生存性、突防能力與更完備之作戰優勢。


F-22座艙罩表面鍍了一層膜，透出淡淡墨綠色，具有匿蹤性能。(取自DVIDS)




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座艙罩隨著技術的進步，由早期平面玻璃到氣泡型座艙，不僅增加飛行視野，也增加許多功能需求與安全。
   
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F22和F35座艙罩的設計美學讓人讚嘆