航空航天應(yīng)用爆發(fā)！BAE利用3D打印制造新型TEMPEST戰(zhàn)斗機(jī)原型

2024年7月26日，南極熊獲悉，英國(guó)航空航天公司BAE 系統(tǒng)公司正在生產(chǎn)超音速演示機(jī)以支持全球作戰(zhàn)航空計(jì)劃(GCAP)。 這架有人駕駛的飛機(jī)原型機(jī)將用于測(cè)試一系列新技術(shù)，包括隱身兼容功能。這些測(cè)試將成為 40 年來(lái)英國(guó)首架空中作戰(zhàn)演示機(jī)，將支持 Tempest下一代戰(zhàn)斗機(jī)的開發(fā)。

GCAP 于 2022 年啟動(dòng)，將日本的 FX 項(xiàng)目與英國(guó)和意大利的Team Tempest項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)。該項(xiàng)目旨在到 2035 年生產(chǎn)出第六代超音速戰(zhàn)斗機(jī)。BAE 與意大利國(guó)防承包商Leonardo和日本制造商三菱重工共同領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目。   

這家英國(guó)國(guó)防公司正在利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)演示機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件，其中大部分都在英國(guó)制造。BAESystems 的 Tempest 負(fù)責(zé)人 PaulWilde 表示：“現(xiàn)在飛機(jī)上的某些部件除了使用增材制造工藝外，沒(méi)有其他方法可以制造�！�

據(jù)悉，3D打印在Tempest飛機(jī)的研發(fā)和制造中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。BAE此前聲稱，Tempest飛機(jī)30%的部件將采用3D打印。

該公司還公布了 GCAP 戰(zhàn)斗機(jī)的最新設(shè)計(jì)，本周在范堡羅國(guó)際航空展上展示了一架實(shí)物大小的 Tempest 復(fù)制品。該模型采用了新的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，包括比以前的概念機(jī)翼展更大。據(jù)報(bào)道，這將改善飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能。   

△范堡羅國(guó)際航空展上的 BAE 系統(tǒng) Tempest 模型。照片來(lái)自 BAE 系統(tǒng)

BAE 3D 打印第六代戰(zhàn)斗機(jī)

BAE 官員報(bào)告稱，該驗(yàn)證機(jī)于 5 月通過(guò)了關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審 (CDR)。目前，飛機(jī)原型機(jī)重量的一半已經(jīng)制造或組裝完畢，前部中央、后部和機(jī)翼部分正在建造中。結(jié)構(gòu)部件正在使用增材制造工藝生產(chǎn)，包括工業(yè) 3D 打印和熱等靜壓(HIP)。

HIP 在高溫高壓下將鈦粉壓制在一起，生產(chǎn)出金屬部件。這最大限度地減少了浪費(fèi)，并大大縮短了鍛造相關(guān)的交貨時(shí)間。據(jù) BAE 稱，項(xiàng)目工程師在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件時(shí)還利用了增材制造設(shè)計(jì) (DfAM)。

增材制造節(jié)省的時(shí)間很可能在縮短“暴風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的開發(fā)時(shí)間方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。該飛機(jī)將在簽署三邊協(xié)議后僅 12 年交付。這大約是生產(chǎn)上一代歐洲戰(zhàn)斗機(jī)“臺(tái)風(fēng)”所用時(shí)間的一半。

據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，BAE 正在使用 3D 打印模具，用于制造 Tempest 的碳纖維部件。這些“模具工具”傳統(tǒng)上由鋼制成，使用傳統(tǒng)制造方法通常需要 26 周才能生產(chǎn)出來(lái)。使用增材制造，BAE 可以在短短三周內(nèi)制造出完整的工具。  

△超音速演示機(jī)的一半重量目前都處于制造或組裝階段。圖片來(lái)自 BAE 系統(tǒng)公司。

通過(guò)打造“暴風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)，GCAP 力圖打造出世界上最先進(jìn)、互操作性最強(qiáng)、適應(yīng)性最強(qiáng)、聯(lián)網(wǎng)能力最強(qiáng)的戰(zhàn)斗機(jī)之一。該戰(zhàn)斗機(jī)將配備智能武器系統(tǒng)、軟件驅(qū)動(dòng)的交互式駕駛艙和集成傳感器。據(jù)報(bào)道，下一代雷達(dá)將提供比現(xiàn)有系統(tǒng)多 10,000 倍的數(shù)據(jù)。

BAE公司稱，“暴風(fēng)”還將成為自1958年布萊克本“海盜”以來(lái)，第一架配備“集成有效載荷艙”的英國(guó)制造的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)。此外，這款超音速戰(zhàn)斗機(jī)有望成為第一個(gè)采用金字塔航空電子設(shè)計(jì)架構(gòu)的飛行平臺(tái)，從而提高其適應(yīng)性。BAE 的演示器將為未來(lái)作戰(zhàn)空中系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、方法和工具提供證據(jù)。

在蘭開夏郡沃頓，來(lái)自 BAE 系統(tǒng)公司、勞斯萊斯公司和英國(guó)皇家空軍(RAF)的試飛員已經(jīng)在演示機(jī)的飛行模擬器上度過(guò)了超過(guò) 215 個(gè)小時(shí)。雖然 Tempest 演示機(jī)是英國(guó)自主研發(fā)的，但從中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)將反饋到三國(guó) GCAP 計(jì)劃中。

日本已經(jīng)試飛了其未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)演示機(jī)三菱 X-2，該機(jī)于 2016 年首次試飛。根據(jù)目前的計(jì)劃，BAE 的演示機(jī)預(yù)計(jì)將在未來(lái)三年內(nèi)試飛。

△2024年范堡羅國(guó)際航展上亮相的下一代戰(zhàn)斗機(jī)新概念模型的 CGI。圖片來(lái)自 BAE 系統(tǒng)公司。

3D打印戰(zhàn)斗機(jī)

西方國(guó)家正通過(guò)采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)，以期在日益緊張的地緣政治環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。然而，俄羅斯和中國(guó)也采用 3D 打印技術(shù)來(lái)提高其軍用飛機(jī)的生產(chǎn)能力。

俄羅斯軍方此前曾使用3D 打印技術(shù)升級(jí)米格 31 戰(zhàn)斗機(jī)。升級(jí)由UEC-Perm Motors和國(guó)有企業(yè)Rostec集團(tuán)的子公司 UEC-Star進(jìn)行，顯著提高了攔截機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

據(jù)報(bào)道，UEC-Perm Motors 和 UEC-Star 的工程師用 3D 打印技術(shù)打印了米格 D-30F6 發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，使其性能達(dá)到了“新的質(zhì)量水平”。據(jù)報(bào)道，額外的研發(fā)使生產(chǎn)“本土發(fā)動(dòng)機(jī)”成為可能，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的性能“好得多”。在此之前，Rostec 獲得了俄羅斯工業(yè)和貿(mào)易部的許可，可以批量生產(chǎn) 3D 打印航空零部件。此前，俄羅斯政府支持對(duì)增材制造的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了成功測(cè)試。   

另外，據(jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)公司（SAC）已在戰(zhàn)斗機(jī)生產(chǎn)中廣泛使用3D打印。據(jù)悉，增材制造技術(shù)可使飛機(jī)部件組件更輕、更耐用。 2022年，沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)公司工藝研究所李曉丹博士對(duì)中央電視臺(tái)說(shuō)：“前不久首飛的新型飛機(jī)上，大量采用了3D打印部件。我們?cè)诠こ虒用嫔洗笠?guī)模應(yīng)用3D打印技術(shù)在飛機(jī)上，處于世界領(lǐng)先地位。”   

△沈飛的沈陽(yáng) FC-31 隱形戰(zhàn)斗機(jī)。照片來(lái)自《南華早報(bào)》。