歼-20空重为何如此之轻,连美国F-22都望尘莫及?奥秘在这

东方谈武器   2017-08-13 15:49

我国最新战机歼-20自三机编队亮相建军90周年阅兵式之后,近日又传来好消息,今年将交付一个中队的量产版歼-20战机。

根据公开资料报道,我国歼-20的空机重量被成功的控制在15吨级。与之相比,美国与歼-20同级的飞机是F-22,根据洛克希德·马丁公司公布的技术材料,该机空重达19吨级——不同时期的公布数据大约在19-19.6吨之间。虽然美国飞机的设计思想与我国不同,更强调多用途,机载设备的安装密度比我国高。但两个尺寸接近(我国飞机机身稍长,但机身宽度和厚度较小,翼展也较小)的飞机,采用的材料也接近(钛合金均超过空重的40%,复合材料均超20%),空重本不该有如此大的差距。究其原因,主要是F-22研制年代较早,研制期间(主要是20世纪90年代),很多制造新技术、新工艺还远未成熟,受技术水平限制,死重较大。

歼-20空重为何如此之轻,连美国F-22都望尘莫及?奥秘在这

F-22的机身和机翼承力结构,在其研制时期能做的技术选择较少,主要依赖锻造(其结构件重量可占飞机空重的1/3左右,在发动机中占得比例更大)和铸造加工(其结构件重量占飞机空重的比锻造加工小一些)等手段。但是,截至目前,西方所拥有的大型模锻压机吨位均在4-6万吨级,而F-22机身承力框体的尺寸可达3-5平方米,主承力框体更大,这远超出了这些模锻机的加工能力。美国只好将一个框体分成几个部分,因尺寸变小,就能分别锻造,然后采用电子束焊等手段将其拼接。锻造加工的零件虽然组织均匀,力学性能较好,但加工精度不高,体积、重量仍偏大。而焊接时,焊缝处力学性能较差,拼接位置必须在锻造时就留出较大强度余量,这进一步增大了该部位的体积和重量。

当然,由于机身承力结构外形极为复杂,有时锻造也不能满足要求,美国当时还采取了铸造的方法。铸造件尺寸精度较低,高温金属流体在进入铸模时,和空腔中的空气以及铸模本体产生的蒸汽等因素作用,容易产生气泡、沙眼、疏松等缺陷,为了避免这些缺陷影响构件强度,设计余量都比较大。这导致了铸件体积、重量明显比锻件大。

歼-20空重为何如此之轻,连美国F-22都望尘莫及?奥秘在这

我国歼-20于2007年前后正式开始研制,比2005年装备美空军的F-22,有技术上的巨大后发优势。在其研制期间,我国建设了世界上最大的模锻压机,达8万吨级,配套的还有多台4万吨级的模锻压机,以及位于多地区的多台数万吨级的拉伸机、挤压机和一些新型铸造设备。但我国很快发现:虽有这些传统加工设备优于西方同类设备,但锻件的材料利用率约15%-25%,其中大型锻为10%-15%,环形锻件的仅3%-10%,锻件“肥头大耳”;而且加工时大量的昂贵金属材料变为废屑,锻件近表面的致密层不复存在,纤维组织被分割,影响和降低力学性能和表面完整性;其模具成本高、加工周期长,受锻造设备吨位限制,锻件尺寸受制约。在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面,传统锻造技术的瓶颈已显现,而传统铸造技术比锻造技术的缺点还要多。因此,我国一方面对这些设备进行改进和升级,另一方面,开始寻求新的技术手段,并取得了世人瞩目的成就。

歼-20空重为何如此之轻,连美国F-22都望尘莫及?奥秘在这

这些新的技术手段主要包括:液态金属(特别是钛合金等航空材料)电磁约束成形技术,金属超塑成形技术,金属3D打印技术等。正是这些新技术的采用,才使得歼-20空重相比美国的F-22成吨级的减重。

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