中國3.0版殲31或采用框梁一體設(shè)計 制造周期縮短30%

來源：高科技前沿觀察


眾所周知，我國沈陽飛機科研生產(chǎn)聯(lián)合體研制的FC-31鶻鷹隱形戰(zhàn)斗機1.0和2.0兩架原型機大量采用了激光，電子束等3D打印技術(shù)，北京航空航天大學(xué)，沈陽航空航天大學(xué)，中國航發(fā)航材院等單位為其配套研制的增材制造鈦合金主承力構(gòu)件，3D打印M100超高強度鋼起落架部件在鶻鷹1.0和2.0版本首飛中發(fā)揮了重大作用，因此被研制者親切的稱之為“粉絲飛機”。據(jù)沈陽飛機設(shè)計研究所結(jié)構(gòu)部副部長吳斌透露，采用上述技術(shù)后，據(jù)筆者推測，殲31鶻鷹目前的結(jié)構(gòu)系數(shù)由原來的28%降至26.8%左右， 由此可以判斷已經(jīng)低于美國F22戰(zhàn)機的27.8%，可以說是一個了不起的進步。

然而，沈陽飛機設(shè)計研究所飛機結(jié)構(gòu)3D打印應(yīng)用技術(shù)的領(lǐng)軍人物，副總設(shè)計師王向明卻認(rèn)為，這還遠遠不夠，他在接受記者采訪時稱，“現(xiàn)在只能做很小一個功能件，如果有一天把零件做大、做強，把功能也做到一起，那這個時候就了不得了，將來某一天我真有可能做出一個飛機的大部段出來，也就是幾年之后，或者十幾年之后，我們離打印飛機就不遠了，這就開始革命了�！避娛掠^察者根據(jù)國內(nèi)外最新公開資料推測，目前正在研制的鶻鷹3.0版本戰(zhàn)斗機將大量采用我國最新研發(fā)的3D打印技術(shù)，如果應(yīng)用成功，飛機的性能還會進一步提高，我國的飛機生產(chǎn)革命或許就此拉開帷幕，總體上說，鶻鷹戰(zhàn)斗機的材料技術(shù)遠遠優(yōu)于殲20飛機，簡單用四個字來說，就是“后發(fā)優(yōu)勢”。

公開資料稱，傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機前機身機體平臺作為飛機機體平臺的重要組成部分，它既是飛機座艙、前起落架輪艙、設(shè)備艙等的安裝載體，又必須承受飛機高速機動飛行時外界給它的巨大載荷，還要對飛行員提供良好的保護。目前前機身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要將各組成零件分別制造，然后再集中通過大量的角盒、角片等連接件和螺栓、鉚釘、銷子等緊固件進行連接；受外形、周邊結(jié)構(gòu)以及連接等限制條件的影響，設(shè)計生產(chǎn)時需要考慮很多細節(jié)，也帶來了內(nèi)部有效空間不足，氣動布局不能達到最佳，結(jié)構(gòu)增重，裝配和生產(chǎn)復(fù)雜等很多負(fù)面影響。有分析認(rèn)為，鶻鷹3.0戰(zhàn)機或利用增材制造技術(shù)，將前機身的多個縱向大梁，多個橫向加強框，縱向板制成了一體化整體框架結(jié)構(gòu)，不僅保證了前機身結(jié)構(gòu)的整體性和完整性，大幅增加了疲勞壽命；而且也顯著降低了結(jié)構(gòu)件數(shù)量，相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言還可減重20%以上。

由于不需采用角盒、角片、螺栓、鉚釘、銷子等連接件和緊固件，裝配工藝和工裝也大幅度簡化，前機身制造裝配周期可縮短30%以上。飛機前機身整體結(jié)構(gòu)通過增材制造工藝加工成形可謂是飛機生產(chǎn)制造技術(shù)的一個重大突破。激光增材制造成形技術(shù)生產(chǎn)飛機后機身“眼鏡框式”鈦合金整體加強框是鶻鷹飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的得意之作，該5平方米鈦合金加強框曾經(jīng)是世界最大的3D技術(shù)制造的飛機鈦合金零件，并多次在國內(nèi)公開展出。然而鶻鷹3.0戰(zhàn)機并沒有止步不前，由于飛機后機身一般有數(shù)個發(fā)動機加強框，這些框之間必須通過梁來連接�？蚝土旱倪B接部位破壞了后機身結(jié)構(gòu)的完整性，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，且不利于飛機減重。如果采用框梁整體化設(shè)計，則可以避免上述問題，但傳統(tǒng)大型鍛壓工藝受設(shè)備及原材料尺寸規(guī)格等制約，根本無法制造出來。

　　鶻鷹3.0后機身結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)的框和梁為單獨的結(jié)構(gòu)件并采用螺栓進行連接的方法，將飛機數(shù)個主承力框和梁通過增材制造技術(shù)設(shè)計為一體，進一步提高了后機身強度，減輕了飛機結(jié)構(gòu)重量。有分析聲稱：“鶻鷹研制不論是研制設(shè)計端還是在生產(chǎn)制造端，都代表著我國航空工業(yè)技術(shù)發(fā)展不斷迭代躍升的現(xiàn)狀，第一次迭代是殲20，是一個從三代機到四代機的巨大飛升，第二次迭代是大運飛機和其發(fā)展型號，第三次迭代是鶻鷹飛機的現(xiàn)代化生產(chǎn)和材料應(yīng)用，從這一代開始我國的軍用飛機開始自動組裝飛機。據(jù)筆者推測，鶻鷹3.0后機身不僅采用了框梁一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，還大膽的將飛機垂尾梁也整合進來。后機身作為垂尾的安裝載體，其中最直接、重要的傳力路徑就是通過垂尾內(nèi)的大梁，將垂尾氣動載荷途徑通過根部耳片及螺栓，傳遞到后機身內(nèi)的加強框上，實現(xiàn)垂尾載荷的傳遞與平衡。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機身垂尾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，承重能力低。

有分析認(rèn)為，鶻鷹3.0飛機以金屬粉材、金屬絲材為原材料，通過激光熔化沉積技術(shù)，最終“生長”成形出后機身加強框及垂尾梁整體結(jié)構(gòu)，使垂尾梁裝配工藝與工裝大幅度簡化，制造裝配周期也縮短30%以上�？梢院敛豢鋸埖恼f，上述3D打印技術(shù)在鶻鷹3.0飛機上的應(yīng)用，標(biāo)志著我國的飛機增材制造技術(shù)已遙遙領(lǐng)先于世界各國，王向明總師設(shè)想的3D打印技術(shù)生產(chǎn)出一架飛機大部段的愿望即將實現(xiàn)。

來源：高科技前沿觀察