[原创]从歼11B看3D打印技术如何打造超级战机

august010148 收藏 23 168282
导读:前两天有媒体称,3D打印技术,能够使中国战机用并不先进的战斗机获得高推重比,引起大家热议。 我们看看,3D打印技术在成本不变的前提下如何将歼11B打造成超级战机的。 现在所有的关于“3D打印技术对中国战斗机影响”的新闻里,都提到了3D打印技术能够大幅度减少成本。钛合金3D打印技术原有工艺成本是材料成本的1-2倍,现在只需要原来的10%。这意味着同样一个构件的成本只需要原来成本的55%,这个是上限。这意味着在成本不变的前提下,用剩余的45%的成本能够使用更多的钛合金材料。打造顶级战机成本因素可
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前两天有媒体称,3D打印技术,能够使中国战机用并不先进的战斗机获得高推重比,引起大家热议。

我们看看,3D打印技术在成本不变的前提下如何将歼11B打造成超级战机的。

现在所有的关于“3D打印技术对中国战斗机影响”的新闻里,都提到了3D打印技术能够大幅度减少成本。钛合金3D打印技术原有工艺成本是材料成本的1-2倍,现在只需要原来的10%。这意味着同样一个构件的成本只需要原来成本的55%,这个是上限。这意味着在成本不变的前提下,用剩余的45%的成本能够使用更多的钛合金材料。打造顶级战机成本因素可以放宽。

歼11系列的机体继承自苏-27SK。苏-27SK正常使用重量是17444千克,结构重量约14500千克,钛合金使用比例15%约2175千克。获得相同强度,钛合金与钢的质量比略小于0.5(取0.5)。考虑加工成本,可以多使用钛合金1780千克。

由于工艺的改进,3D打印技术可以制造出一些原来无法制造的构件,如空心承力构件。空心承力构件在强度相同的前提下比原有构件重量轻40%。假设原有钛合金构件都是承力构件,则可以减重870千克。

综合上述两项,仅钛合金应用一项就能够,为歼11减重2650千克。不包含大量的M100钢构件的减重效果。

歼11B通过应用更先进的电子设备,部分机体使用复合材料,将机体重量降低到了15700千克。那么新歼11B的空机重量能够减到13000千克。

按苏-27原型设计标准,内部标准载油5270千克(算上机内副油箱,苏-27的内部载油可达9400千克),空战载油标准为内部标准载油的80%,带2中2近的空战重量约18100千克。歼11B使用太行发动机最大推力132KN,受苏-27原型机进气道流量影响,实际使用推力125.5KN(12800kgf)。可算出歼11B减重后的推重比约1.4,翼载荷292kg/m2。这是F15早期空优型的水平。高推比低翼载,一些人吹捧的“F15制胜法宝”,现在这一点歼11B也已经做到了。

小翼载荷高升力系数的的歼11B的敏捷性相当出色,瞬时盘旋角速度理论上可以达到30°/秒。安装苏-35敏捷性或许更出色。但是受到飞机重量、推重比、高度、速度等因素影响,苏-35并不能够在全空域全速度段使用超机动动作,凭借更大的推重比和小翼载荷,歼11B的差距也不如人们想象中那么大,甚至在某些情况下还能够占据优势。借用一句评价台风的话来说,“苏-35能够更快的击落敌机,而歼11B有更多机会击落敌机”。

与AL-31F相比,太行发动机的军用推力更大。得益于苏-27原型机出色的气动设计,减重后的歼11B军用推力状态下就能够实现超音速巡航,加上充足的机内空间能够安装完善先进的电子设备,歼11B能够成为一架真正的超级战机。

参照3D打印对歼11B影响,我们可以推断出,歼15空重小于14吨,由于太行发动机的推力更大,滑跃起飞的重量也会大于26吨,与苏33相比能够携带更多燃油和更多弹药,获得更大的滞空时间。整体作战性能与F/A-18E/F超级大黄蜂基本相当,但是更大发动机推力和更大的雷达直径,也许歼15还要稍微强一些。

苏27血统歼11/歼15安装常规发动机尚且有如此潜力,全新设计的歼20非常让人期待。

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15楼nio77

3D打印最初是电子束焊接技术,快速成型速度快,可以减少约七成的机械加工的时间和成本,但是形成零件精度低,对复杂腔体、扭体、薄壁腔体等成型效果不理想。最近炒的很热的激光3D打印,其实无论是SLS还是DMLS,目前的技术成果来看一是强度性能上只能接近锻造产品,主要结构受力构件仍不足以放心担当;二是表面工艺仍不精细,需要二次加工,特别是细长体如管路以及薄壁体金属构件时,还不能满足要求,有时反而造成二次加工的困难;三是因为反复受热,应力非常复杂,大型件非常容易变形。等等等等……

其实3D打印只是一种新兴的技术,应用中仍有非常多的难点和局限性,并不像一些网友说的是当前中国反败为胜的灵丹妙药,而且中国在当前实际应用中也只是部份零部件使用了该技术,更不像楼主想像的可以像打印文稿一样大面积、全尺度、几乎全部构件都使用3D打印,如果中国真是攻克了其中各个难点,那急于取得突破的中国军工一定会不惜血本的的直接“一次成型”一架让老美羡慕忌妒恨死……

而且楼主更是忽略了一个重要的问题,材料,比如钛合金,中国的年产量是多少?进口量是多少?大概给你个数字吧,中国年产能不足万吨,进口这些年也是越来越难!除去军用,还要保障其它高端项目、民用项目,甚至也要保障全国老百姓的假牙、假肢……按楼主这样的使用量,只怕……

当然,楼主的设想和出发点很好,但只能说,理想很美好,现实很骨感,空想误国,实干兴邦!


16楼jnd0827

关于3D打印钛合金构件节省材料的概念,很多人理解错了。说3D打印工艺比传统工艺节省了90%的材料,并不是说3D打印出来的构件就比传统工艺轻这么多,而是因为工艺改进使得加工过程中大大减少了不必要的浪费。注意:扣除连接构件的重量,两者的重量应该是相等的。其次,说什么利用3D技术就可以制造出前所未有的空心承重构件,减轻重量40%左右,这个有点像没有航空知识的小白的言论。航空动力学的研究发展至今,机体主承力框架的力学计算已经相当成熟,并且经受了风洞试验和空中试飞多次的检验,截面形状已经没有太大的改进余地了,何来如此大的减重空间?

这样的说法过分夸大了3D打印的作用,由此言论而引发的推论式探讨更加没有意义。

很多人对3D打印飞机还不是很清楚。3D打印的不是整个飞机模型,而是关键部位,例如飞机的梁,为什么传统工艺冶炼加工很困难呢?

这要提到冶炼,任何金属是要靠矿粉原料粉通过烧结后冶炼出来的,冶炼浇筑出来的金属为坯子,例如钢坯,然后再去加工成型,例如铣、钻、刨等。这是传统工艺。

但是,飞机轮船某些重要部件属于合金,具有高强度的金属属性,传统做法是冶炼好后在坯子上铣钻刨削,有些地方还要焊,所有这些都会影响部件的强度。或者像垒沙雕一样做成原料坯,再拿去烧结,烧结完后再加工。

但这依然有问题,这些重要的部件由于合金材料具有高强度属性,铣钻刨的刀头硬度更不不够加工对这类合金削铁如泥,尤其是空心部分,就更无法解决。所以中国的飞机轮船关键部件加工一直是困扰中国关键制造的一个因素。

有了3D打印技术,问题迎刃而解。

它是先将合金粉通过打印机一层层涂抹和粘结打印成一个形状,然后修正精度后,就可以直接拿去烧结了。(不懂烧结的可以百度)

这就意味着,飞机的重要部件尤其是飞机的空心梁,通过把合成的矿粉在 冶炼前一次成型,然后一次冶炼成功,省去了铣削、钻刨、焊接的后期加工,只需要表面处理就可以装配了。

其实理解这个问题很简单,你想想瓷器是怎么来的,尤其是瓷壶的空心嘴,就能理解3D打印飞机是怎么回事。无非就是瓷器的泥坯是手捏出来来的,飞机轮船的重要部件是3D打印出来的,然后统统拿去烧结,后期不需要对结构在进行二次加工,就这么简单。

对于桥梁跨梁等关键部件,需要转弯、延伸的部分,过去是依靠焊接,焊接就意味着衔接部为的强度大大降低。而空心部分不能转弯,而现在可以通过3D打印技术一次烧铸成功,这就是为什么社会会把3D打印技术提高到一个革命的高度。

事实上,现在瓷器制作也可以通过3D打印技术来生产。

歼11B也算超级战机,楼猪的脸皮堪比城墙!


你确定你说的就是那个长期趴窝的J-11B吗?那叫超级趴窝战机吧。

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