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            中國3.0版殲31或采用框梁一體設計 制造周期縮短

            2019-03-01 10:42 [3D打印] 來源于:高科技前沿觀察
            導讀:眾所周知,我國沈陽飛機科研生產聯合體研制的FC-31鶻鷹隱形戰斗機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
            眾所周知,我國沈陽飛機科研生產聯合體研制的FC-31鶻鷹隱形戰斗機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,北京航空航天大學,沈陽航空航天大學,中國航發航材院等單位為其配套研制的增材制造鈦合金主承力構件,3D打印M100超高強度鋼起落架部件在鶻鷹1.0和2.0版本首飛中發揮了重大作用,因此被研制者親切的稱之為“粉絲飛機”。據沈陽飛機設計研究所結構部副部長吳斌透露,采用上述技術后,據筆者推測,殲31鶻鷹目前的結構系數由原來的28%降至26.8%左右, 由此可以判斷已經低于美國F22戰機的27.8%,可以說是一個了不起的進步。
              
            然而,沈陽飛機設計研究所飛機結構3D打印應用技術的領軍人物,副總設計師王向明卻認為,這還遠遠不夠,他在接受記者采訪時稱,“現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。”軍事觀察者根據國內外最新公開資料推測,目前正在研制的鶻鷹3.0版本戰斗機將大量采用我國最新研發的3D打印技術,如果應用成功,飛機的性能還會進一步提高,我國的飛機生產革命或許就此拉開帷幕,總體上說,鶻鷹戰斗機的材料技術遠遠優于殲20飛機,簡單用四個字來說,就是“后發優勢”。
              
            公開資料稱,傳統的戰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。目前前機身的傳統結構,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、周邊結構以及連接等限制條件的影響,設計生產時需要考慮很多細節,也帶來了內部有效空間不足,氣動布局不能達到最佳,結構增重,裝配和生產復雜等很多負面影響。有分析認為,鶻鷹3.0戰機或利用增材制造技術,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構,不僅保證了前機身結構的整體性和完整性,大幅增加了疲勞壽命;而且也顯著降低了結構件數量,相對傳統結構而言還可減重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。飛機前機身整體結構通過增材制造工藝加工成形可謂是飛機生產制造技術的一個重大突破。激光增材制造成形技術生產飛機后機身“眼鏡框式”鈦合金整體加強框是鶻鷹飛機結構設計的得意之作,該5平方米鈦合金加強框曾經是世界最大的3D技術制造的飛機鈦合金零件,并多次在國內公開展出。然而鶻鷹3.0戰機并沒有止步不前,由于飛機后機身一般有數個發動機加強框,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構的完整性,容易出現應力集中現象,且不利于飛機減重。如果采用框梁整體化設計,則可以避免上述問題,但傳統大型鍛壓工藝受設備及原材料尺寸規格等制約,根本無法制造出來。
            鶻鷹3.0后機身結構改變了傳統的框和梁為單獨的結構件并采用螺栓進行連接的方法,將飛機數個主承力框和梁通過增材制造技術設計為一體,進一步提高了后機身強度,減輕了飛機結構重量。有分析聲稱:“鶻鷹研制不論是研制設計端還是在生產制造端,都代表著我國航空工業技術發展不斷迭代躍升的現狀,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展型號,第三次迭代是鶻鷹飛機的現代化生產和材料應用,從這一代開始我國的軍用飛機開始自動組裝飛機。據筆者推測,鶻鷹3.0后機身不僅采用了框梁一體化結構設計,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,傳遞到后機身內的加強框上,實現垂尾載荷的傳遞與平衡。但是傳統結構的機身垂尾結構復雜,重量較大,承重能力低。
              
            有分析認為,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,最終“生長”成形出后機身加強框及垂尾梁整體結構,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打印技術在鶻鷹3.0飛機上的應用,標志著我國的飛機增材制造技術已遙遙領先于世界各國,王向明總師設想的3D打印技術生產出一架飛機大部段的愿望即將實現。

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