近日,中国媒体公开报道了歼-15在建造中使用的一些新技术,其主要目的是为了减轻歼-15的重量。其中一种被称为电子束沉积快速成型的技术,引发了军迷的关注。因为这一技术曾被美国视为战斗机制造领域的“游戏规则改变者”,但实际上中国和美国几乎同时起步,而且还实现了弯道超车。
所谓的电子束沉积快速成型技术,实际指的是在真空环境中,高能量密度的电子束轰击金属表面形成熔池,金属丝材通过送丝装置送入熔池并熔化,同时熔池按照预先规划的路径运动,金属材料逐层凝固堆积,形成致密的冶金结合,直至制造出金属零件或毛坯。这种技术的优点,是大型金属结构成型速度快、部件内部质量好、能够实现多功能复杂加工。相比传统航空金属加工,这种技术能减少钛金属构件重量和成本,完成大型复杂金属零件的直接快速制造,实现效益最优化。
因此这项技术在21世纪初诞生后,马上就受到美国的高度关注。例如洛马公司使用电子束沉积快速成型技术,建造F-35战机的襟副翼梁等部件(见上图),成本降低 30%~60%。另外美国海军的“无人战机金属制造技术提升计划”,也选定该技术作为未来大型结构低成本高效制造的方案。在2013年装备电子束熔丝沉积成形钛合金零件的F-35试飞的时候。洛马公司的F-35项目副总监得意洋洋地宣称:该技术将是属于美国的、航空制造领域的“游戏规则改变者”。
虽然美国想垄断这种新技术,但实际上中国在2006年也开始了电子束沉积快速成型技术的研发。在2012年,中航工业就建造了国内最大的电子束成形设备真空室,容积达46立方米(见上图),有效加工范围1.5米×0.8米×3米,并实现了制造钛合金零件在歼-15上的应用,为歼-15战机的减重、减少制造成本做出了贡献。
据媒体报道,该技术已经成为歼-15减重的重要突破口,使得歼-15的结构重量比。从国际同类战机的28%降到26.8%。所谓的结构重量比,是飞机机体结构重量占飞机起飞的重量的百分比。按照30吨的起飞重量来计算,新技术使得歼-15结构重量比类似的苏-33降低360公斤之多。在战斗机领域有一克重量一克金的说法,因此这一减重成果,能为每架歼-15战机综合使用成本节省将近1亿人民币!
因此,新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本方向发展,越来越多地采用整体结构,零件趋向复 杂化、大型化,从而推动了电子束沉积成形等3D增材制造技术的发展与应用。目前世界最大的电子束成形设备在美国,容积高达68立方米(见上图)。而据中航工业披露,中国在建的新电子束成形设备真空室将超过美国,成为世界体积最大、成型能力最大的电子束沉积生产设备。中国未来轰-20战略轰炸机将很可能利用这一新技术。
当然,罗马不是一天建成的。中国航空制造赶超世界先进水平,并不只是一种加工设备。从相关节目镜头中我们可以发现,尽管歼-15采用了数字化设计、应用了先进部件制造技术,但歼-15总装基本上仍然采用传统装配方式,与波音、洛马等公司在战斗机飞机上的模块化装配、总装脉动生产等数字化总装技术上存在巨大差距。从公开资料看,中国已经在运-9运输机、L-15教练机、飞豹战斗轰炸机的生产上使用了脉动生产线。因此,随着中国国产航母的不断装备,歼-15使用脉动生产线也是大势所趋。(作者署名:诤闻军事)
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