隨著我國第3艘航母福建艦下水,預(yù)計會在2025年前后服役,與之配套的中國海軍首款殲-35隱身艦載機(jī)也加速了試飛進(jìn)度。
事實上,殲-35的研發(fā)經(jīng)歷了不少的挑戰(zhàn),也正因為有了一體化3D打印的加持才讓它有了上艦的可能。
殲-35是在沈飛FC-31鶻鷹隱形戰(zhàn)機(jī)的基礎(chǔ)上衍生戰(zhàn)斗機(jī),采用的是雙發(fā)布局。由于沒有強大的發(fā)動機(jī),能夠用單發(fā)來支撐,所以只能選擇使用兩臺發(fā)動機(jī)支撐殲-35的運行,這是我們在航發(fā)上的弱勢。
雙發(fā)布局將會導(dǎo)致讓殲-35的內(nèi)容積減小,而發(fā)動機(jī)的油耗增加等一系列的問題,這顯然就成為了殲-35的一個短處,直接影響著殲-35所攜帶的油料,進(jìn)一步影響了作戰(zhàn)半徑。
如果這一問題得不到解決,那么就意味著殲-35是不合格的,上艦也成了問題;但是想要從發(fā)動機(jī)上想辦法,短期內(nèi)肯定很難找到解決方法。這樣只能從制造工藝上想辦法,也就有了我們接下來的“雙王”用武之地。
王向明,2021年當(dāng)選中國工程院院士,航空工業(yè)首席專家;任航空工業(yè)集團(tuán)沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所項目總設(shè)計師、“鶻鷹”飛機(jī)常務(wù)副總設(shè)計師、某部先進(jìn)制造技術(shù)專業(yè)組增材制造責(zé)任專家。
王華明,2015年當(dāng)選中國工程院院士,金屬增材制造專家;北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院教授、國防科技工業(yè)激光增材制造技術(shù)研究應(yīng)用中心主任、大型整體金屬構(gòu)件激光直接制造教育部工程研究中心主任。
早在2003年,王向明就與王華明教授開展密切合作,共同為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件“量身定做”,即設(shè)計制造一體化來創(chuàng)造飛機(jī)新概念結(jié)構(gòu)。
殲-35隱形戰(zhàn)機(jī)的研發(fā)成功就離不開2人的共同努力,確切的說是殲-35使用了通過3D打印大型整體化、構(gòu)型拓?fù)浠姆椒ㄖ谱髁藱C(jī)體結(jié)構(gòu)件主承力框。這一項目由沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所負(fù)責(zé)設(shè)計驗證,北京航空航天大學(xué)負(fù)責(zé)制造。
重量更輕,強度更高,壽命更長,成本更低
通過制造工藝的升級,作為海軍的專屬艦載機(jī),殲-35的機(jī)體結(jié)構(gòu),采用了鋁合金加強框─翼樑整體件設(shè)計/制造一體化,零件減少50%、減重38%、翼根高度降低1/4、制造效率提高10倍以上。
同時增加了機(jī)身強度以及壽命,能夠有效的減少油耗。此前一直困擾殲-35的機(jī)內(nèi)容積不足問題也不復(fù)存在,增加載油量后,據(jù)介紹,殲-35的作戰(zhàn)半徑達(dá)到了1350千米,擁有目前艦載機(jī)中最遠(yuǎn)的作戰(zhàn)半徑。
王向明院士向左,做設(shè)計
殲-35的成功離不開王向明對飛機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與制造一體化的研究,在《飛機(jī)新概念結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程應(yīng)用》論文中,王華明提出地新概念結(jié)構(gòu)是指通過設(shè)計與制造高度融合構(gòu)造出的全新結(jié)構(gòu)形式,包括大型整體化、構(gòu)型拓?fù)浠?、梯度?fù)合化和結(jié)構(gòu)功能一體化。
詳細(xì)闡述了鋁合金加強框—翼梁整體件化零為整的優(yōu)勢,避免采用傳統(tǒng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)分段拼接的方式制造,大量的薄壁板需要大量螺栓珈接,機(jī)翼機(jī)身甚至還需要焊接。
王向明開辟了增材構(gòu)件在(3D打印技術(shù))飛機(jī)上工程化應(yīng)用先河,增材主承力結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計難題,實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
王華明院士向右,搞生產(chǎn)
如果只是設(shè)計行得通,而無法制造,很顯然這只是紙上談兵。這里就有了我們另一位院士-王華明的參與,他主要從事高性能金屬材料激光制備科學(xué)與工程、大型復(fù)雜關(guān)鍵金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)和激光表面工程方面的研究。
早在2005年,王華明團(tuán)隊就成功實現(xiàn)了國內(nèi)首款3D打印鈦合金零件在殲-11B的裝機(jī)應(yīng)用,使中國成為世界上第二個掌握飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形裝機(jī)應(yīng)用技術(shù)的國家。
2012年,王華明團(tuán)隊的“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”成果,榮獲2012年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎。在接下來的時間,王華明持續(xù)攻克大型金屬構(gòu)件激光快速成形的難題,打印的零件也由小變大。
直至今天,我們看到的國產(chǎn)大飛機(jī)C919的機(jī)頭擋風(fēng)窗框就是用3D打印鈦合金做的。
殲-35除了使用鋁合金制作的框梁一體化部件,還用3D打印技術(shù)制造了輕量化內(nèi)置登機(jī)梯,填補國內(nèi)空白。這種內(nèi)置登機(jī)梯減少了艦載機(jī)對航母甲板空間的占用,提高了作業(yè)效率和安全性。
殲-35隱身艦載機(jī)作為我國未來航母艦載機(jī)的核心力量,其意義不言而喻。
而3D打印技術(shù)能夠在航空應(yīng)用領(lǐng)域取得今天這樣的成績,也離不開像王向明、王華明這樣的行業(yè)領(lǐng)頭羊做出的不懈努力,他們都堅信3D打印有無窮的力量,可以徹底改變飛機(jī)的制造。
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