图10:薄型铝板强度完全不够
实验证明铝板越薄,承受力就越差。薄款铝板虽然刚性足够做客机外层蒙皮,但强度不足以承受物体的高速撞击。空客的工程师决定采用新型材料来解决这个问题,蒙古人一统天下的武器长弓又重出江湖了。在公元12世纪的时候,一块木头制成的长弓是一款十分强大的武器。木头也必须能够承受人体对它施加巨大的力,拉弓的时候,弓的外部会伸展变长,内部则会受挤压而变短(图11),所以,弓必须要能同时承受两股不同的力量。较短的弓须承受的弯力较大,但木头的强度却不够,很容易便会被折断。因此蒙古人决定用两种不同特性的材质来打造性能更强的弓,分别取材于坚固的水牛角和极富弹性的鹿后腿腱(一种连接肌肉和骨骼的由结缔组织所构成的纤维束或膜)。将鹿腱绑在弓背上,然后把牛角片贴在弓里侧(图12),这样即使是短弓,也能在拉满弓的时候保持足够的韧度。小巧的蒙古弓既能满足蒙古士兵从马背上发射的便利性,又有足够的力道射中3百米之外的目标。这给现代的科学家们引入新的概念——复合材料。结合两种特性的材料,就能制造出更加优秀的产品。几百年前复合材料制成的蒙古弓帮助成吉思汗一统天下,现代的复合材料则帮助世界最大的A380成功统治巨型民用喷气机市场。
图11:弓的双重受力
图12:复合材质制作的蒙古短弓
6、轻薄的复合材料如何经受“飞鸡”大炮的洗礼?
A380同样也需要复合材料的加持才能达到轻质化的目标,它的蒙皮同样由两种材质组成。薄型铝板虽然刚性高,但遭受重力撞击的时候,铝板会弯曲然后整块裂开(图10),蒙皮需要第二种材料,就像短弓上的鹿腱一样。工程师选择了一个让我们意想不到的材料——玻璃,玻璃虽然易碎,但在玻璃变形的时候,裂痕会不断的扩散,有些裂痕会贯穿整块玻璃。普通的玻璃非常容易破碎(图13),但是有个方法可以使玻璃变的坚固得足以承受炸弹的爆炸强度。玻璃被加热到摄氏1千5百度的高温时会熔化,在熔融状态能被延展到极长的长度还不会断裂,就成为了新型的材料。普通玻璃会有细微的裂痕,玻璃纤维没有所以它异常坚固,玻璃纤维的强度可以达到钢的6到10倍。玻璃纤维也能制作成织物状,作为片材使用。接着就是添加液态树脂,树脂干了之后会把玻璃纤维粘合在一起,形成最坚固的玻璃——玻璃纤维(图14)。玻璃纤维的强度极高,即使用铁锤反复的强力敲打(图15),也只会造成内部的纤维断裂,但裂痕不会扩散。薄铝板加上玻璃纤维后如虎添翼,这种复合材料被称之为铝合金玻璃纤维(Glass Fiber Reinforced Aluminium Laminates,简称GLARE)。铝合金玻璃纤维同样要接受“飞鸡”大炮的“洗礼”,事实证明铝合金玻璃纤维足够的坚韧(图16),顺利的通过了测试。
图13:普通的玻璃遭重击后,非常容易破碎