歼20的空重比F22轻30%,原来用了这三项“黑科技”!


根据公开信息表明,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F-22的空重则达19吨级左右。究其原因,主要是因为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,重量较大。歼-20则由于采用了诸多新技术,空重相对较小。

图注:公开信息表明,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F-22的空重在19吨左右

新设备较西方先进

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,主要依赖锻造和铸造加工等手段。

当时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,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。

以铸造加工制造的铸件,由于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。

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。

图注:美国F-22战机由于生产时间较早,水平技术有限,其空重相比于中国的歼-20要重

在新设备方面,我国在陕西阎良和四川德阳两地建设了世界上最大的模锻压机,达8万吨级,配套的还有多台位于阎良等地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,其比西方研制F-22时的设备要先进许多,用其铸造的机体构件,明显具有重量轻、结构强等优点。

新技术成就斐然

在新的技术手段方面,我国在液态金属电磁约束成形技术,金属超塑成形技术和金属3D打印技术三方面,取得了令人瞩目的成就。

第一,液态金属电磁约束成形技术,是将电磁场用于金属材料的熔化精炼和约束成形熔体等加工过程。该技术不但可以有效提高构件强度、尺寸精度和表面质量,还可以明显降低了构件的体积、重量,生产效率也有提高。中航集团利用它,一次成型加工出带S型转弯的歼-10飞机整体式钛合金进气道等大型承力结构,基本无需后续加工。同时,还将其推广用于歼-10B/C、歼-20等飞机,并用于航空发动机涡轮叶片等高温端零、部件的制造,有效降低了战机的空重。

第二,金属超塑成形技术,是一种整体结构成形的工艺技术。这类技术与一般的机械加工相比,具有尺寸精度高,生产周期短,制造成本低,减重效果明显,结构完整性较高,结构设计自由度增大等优点。目前,我国多家单位已经完成相关技术的工程化工作并在国内航空航天领域内实现了批产应用:从飞豹飞机开始,各型飞机均有使用。其应用领域包括飞机机翼、垂尾、操纵舵、舱门、口盖、骨架、发动机风扇叶片、燃料贮箱等。

第三,金属3D打印技术,是一种通过材料逐层添加堆积、实现构件无模成形的数字化制造技术。我国目前已形成体系结构完整的3D 打印技术体系,在许多领域达到国际先进水平,其已广泛应用于中国歼-15、歼-20、“鹘鹰”等的制造。利用3D打印技术生产的零、部件,力学性能与锻件相当甚至超出,尺寸精度高,而体积重量则明显更小。例如,《科技日报》今年7月11日报道,我国最近试飞成功的C919中型客机,其机身部段的机翼上、下缘条及前后三叉接头,采用传统锻造生产重达1607千克,而采用国产设备进行3D打印则只有136千克,减重效果明显。

图注:中国C919中型客机,其机身部段的机翼上、下缘条及前后三叉接头,采用传统锻造生产重达1607千克,而采用国产设备进行3D打印则只有136千克,减重效果明显

结语

歼-20空重相比于F-22要小,一方面表明了中国在航天、飞机等研究制造领域的飞速发展和巨大成就,后来者居上;另一方面,也意味着歼-20在机动性等方面,相比于