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世界军备 2018-03-26 23：25：49
3月24日，《中国科技奖励》杂志2018年第一期，发表了题为《做搏击长空的鹘鹰——记2017年度国家技术发明奖二等奖获得者王向明》的文章，文章介绍了2017年度国家技术发明奖二等奖（国家专用项目）获得者王向明研究员的先进事迹。王向明曾先后获得和担任工学博士、研究员、博士生导师。多年从事飞机创新结构设计和制造技术研究。现任沈阳飞机设计研究所（601所）项目总设计师、“鹘鹰”中型四代机常务副总设计师。文章中对FC-31“鹘鹰”中型四代机的发展进行了深度介绍，文章介绍到，“王向明创建了研制快、性能好、费用廉的新机快速试制模式，在“鹘鹰”飞机研制中创造了多项研制纪录，包括：3个月完成全机详细初步设计和结构参数优化计算，6个月完成全机数字化详细设计，22个月从参数优化到实现首飞；结构重量偏差仅43公斤，零件、疲劳薄弱部位和工装数量减少了一半以上”。 军事专家陈忠告诉记者，目前，具有更高的生存力、隐身性能、超声速巡航、高机动性等成为我国新一代战斗机的主要发展方向，国内外研制飞机结构开始大量采用新材料和新制造技术，如先进复合材料，钛合金材料以减轻重量，但目前新技术的应用大都局限经典结构的等代替换常用的航空铝合金材料，其材料的主要采用集中接头连接对合、铆接和螺接等机械连接组合板杆为主，就是大家常见的螺丝螺帽螺接，铆钉铆接。据了解，美军F-22战斗机全机身就共有上万颗铆钉，而全机的螺丝螺帽估计也不会少于这个数。对于这些东西，大家已经习以为常，因为飞机的结构构型基本就没有改变过，以至于很多人都认为结构没什么可设计的，结构已经很“经典”了。但实际上，这类飞机结构技术并不能满足新一代飞机设计和使用需要，飞机的关键疲劳薄弱部位及裂纹集中在螺丝螺帽开孔附近。 军事专家告诉记者，美国投入3.5亿美元针对F-22的162架飞机进行抗疲劳结构改进，并付出了增加飞机结构重量的代价。目前国内外战斗机普遍超重8%至20%，达数百千克以上，如X-35原型机号称超重2237千克，F-35A战斗机号称超重640千克。但疲劳裂纹问题仍然不断出现，多余的重量代价并未在寿命和安全裕度上得到应有的回报。根据《中国科技奖励》文章介绍，我国“鹘鹰”战斗机做到了飞机零件、标准件减少50%，决定全机寿命的疲劳薄弱部位减少50%，工装减少56%，全机重量偏差仅43千克，比传统降低一个数量级。全机结构没有一个模锻件，实现了“无模敏捷制造”，研制效果脱胎换骨。该成果部分内容同上述新概念结构一起荣获2017年度国家技术发明奖二等奖。 据公开资料分析， 由于采用了北京航空航天大学的王华明教授为代表的国内各大专院校，科研院所的增材制造技术，突破了传统工艺制造方法创造出的很多“经典”的结构构型，大大减轻了结构重量。例如传统飞机的机翼油箱一般采用铝合金加工或高昂价格的复合材料热压罐成型工艺制造，这样机翼油箱中不可避免地采用大量的螺丝螺帽和制孔。对难以加工打孔的复合材料而言，大量的紧固件和制孔意味着大量专用工具和工时的消耗，并且带来纤维连续性的破坏及更高的损伤可能性，降低了机翼油箱利用效率增加了成本，且产生巨大工作量。 而通过激光增材制造（也就是俗称的激光3D打印），“鹘鹰”的机翼油箱各种管道从油箱中转移到上下翼面里面去，完成功能系统与机体结构融合设计，机翼油箱增大，使得储油增加9％，且结构件、标准件和工装数量减少50%，成本大幅度降低。另据沈阳飞机设计研究所结构部副部长吴斌透露，FC-31结构系数从28%降到26.8%。目前并不知道从1.0到2.0版本的变化还是经过迭代优化设计的变化，但肯定都和增材制造密不可分，据公开资料披露，F-22的结构系数是27.8％，如果属实的话，这是一个了不起的成就。此外，据媒体报道，我国的FC-31战机已经开始更换我国最新型的涡扇-13E发动机（此前一直使用俄制RD-33改进型发动机），这款发动机是中国研制的第三代中等推力发动机，已经完全达到了国际领先水平，才加上上面的结构减重技术，FC-31战斗机的性能绝对值得期待。 据资料分析，由于四代机或俄罗斯称的五代机普遍武器内置，以及超音速巡航的需要，结构系数一般认为在28至30%以内，很难降低。“为减轻一克重量而奋斗”的理念在结构设计中几乎成了空谈，而不得不在别的方面减重，这必然降低了安全性和战斗力。例如美国F-35战斗机为了减重把发动机舱和弹舱之间的隔热板都拆了。如果鹘鹰的正常起飞重量为17吨左右，则结构减重了210千克。军事专家笑着告诉记者，“按照前苏联飞机设计局的惯例，王向明的结构设计部门可以获得210千克重的黄金奖励”。而且飞机结构重量每降低1%，油耗可以减少3%至4%。如果按照鹘鹰的3000千米的最大航程可以相应增加4%至5%，可以多飞行150千米。 |
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