歼-20是中国自主研发的重型双发隐身战斗机，由于其研制时间比F-22（第一种五代机）晚，因此被认为具有后发优势，在技术上具有自己的特点。歼-20相比F-22的后发优势在哪里？2021年1月11日，航空工业成都飞机设计研究所作为歼-20的设计单位（主机所），连续发布了多条官方推文以纪念歼-20首飞十周年，其中包含了许多“重量级”的信息，可以帮助我们回答“歼-20相比F-22牛在哪儿”这个问题。
歼-20采用全数字化设计和制造，相较于F-22具有更快的研制速度。传统的飞机设计制造过程包括设计文件、二维图纸、模线样板、标准样件以及各类成型模具、装配夹具等，而歼-20的设计和制造过程全部通过数字化技术完成，省去了传统工艺中的大量工序和装备，缩短了研制周期，提高了制造效率。因此，歼-20具有更高的制造速度和更短的研制周期，这也是其相较于F-22的后发优势之一。
随着计算机技术和数字化技术的不断进步，飞机设计和制造业界逐渐采用计算机进行三维设计。使用计算机辅助设计软件，例如CATIA，可以在计算机上完全虚拟出飞机的三维图纸，而后进行数字化出图、数字化零部件生产和数字化装配。这种数字化设计和制造技术被认为能够从根本上提高飞机设计制造的效率和质量，是一次“革命性飞跃”。在此期间，许多重要的飞机设计软件，如CATIA等，得以涌现。
然而，数字化技术的发展并非一蹴而就。飞机数字化设计和制造技术的发展可以分为四个阶段。在早期的计算机辅助设计飞机阶段，仍然需要进行二维的数字图形绘制、程序编写和数据交换，而到了第二阶段才实现了复杂部件的三维建模和数字化局部优化设计/加工。F-22的出现正好处于飞机数字化设计的早期阶段，受限于当时技术的局限，其设计还停留在二维图形绘制和程序编写的阶段，与真正意义上的全数字化设计和制造相差甚远。因此，在飞机设计和制造领域中，数字化技术的发展还需不断推进和创新。
在歼-20的设计上，航空工业集团公司经过多年的技术探索，从引入计算机数字化设计开始，已经实现了从第一个发展阶段到第三个发展阶段的跨越。具体来说，歼-20研制初期采用全三维数字化设计/制造/管理技术，这种模式与传统的二维设计模式截然不同。虽然在实施过程中遇到了很多困难，但这种全数字化的设计平台继承性强、技术状态清晰，可以为整个研制节省大量时间。然而，这个蝶变的过程对设计发图来说是痛苦而艰难的，最初的发图工作进展缓慢，举步维艰。
为了克服研制过程中的困难和挑战，工艺设计与产品设计并行展开（也就是并行工程），数字模型发出后仅7天，研制团队就开始了第一个零件的制造。但是，大比例的新型材料、大尺寸的结构零件、隐身特性的加工要求给歼-20飞机的研制带来了一系列挑战。针对这些挑战，航空人不断创新进取、历练本领，最终成功地突破了一系列关键技术，实现了关键零件试制一次成功，大部件对合一次成功，发动机启封开车一次成功。这一切都离不开团队成员的拼搏和智慧。
歼-20采用了数字化设计和制造技术，大大缩短了设计制造时间。据资料显示，洛马公司的YF-22技术验证机在对比试飞中获胜后，于1991年正式拿到了F-22原型机的制造合同，而第一架F-22原型机首飞是在1997年。相比之下，歼-20从原型机开始设计制造到首飞，仅用了六年时间，而歼-20花费的时间可能仅有F-22的一半。这说明数字化设计和制造技术对于提高飞机的设计制造效率和质量具有非常重要的作用。
未来，中国将继续向飞机数字化设计制造的更高阶段—全虚拟化设计和集成制造技术——进军。优化设计，减重明显，空重远比F-22更轻。中国航空工业将以自我涅槃的精神，不断追求技术创新，为建设世界一流的航空工业贡献力量。
我曾对歼-20的空重进行过推测，指出歼-20的空机重量被成功控制在15吨级，远远小于公开资料显示的美军F-22战斗机19.7吨的空机重量。这意味着歼-20拥有惊人的可用载荷，作战潜力大大超过F-22。此外，歼-20座舱还通过科学减重200千克，这也是其实现“超轻”空重的重要因素之一。与此前报道的先进DSI进气道减重一起，歼-20采用了一系列先进的设计技术和方案，经过非常细致的优化设计和迭代，最终在结构设计上明显优于F-22。
相比歼-10，歼-20更进一步，突破了“亚洲第一框”的纪录。成都飞机工业集团公司在歼-10的制造上曾创造了“亚洲第一框”的辉煌纪录。当时，歼-10飞机的整体框外廓尺寸大、双面加工、结构复杂、精度要求高，被称为“亚洲第一框”。它采用整体制造技术，对锻压等机械加工提出了极高的要求。同时，过去的飞机框由几十个零件甚至上百个零件装配而成。而歼-10飞机的整体框却是用一个毛坯、一个程序，毛坯去除率高达97.3%。生产这个框是摸着石头过河。
成飞研制的歼-20战斗机整体框，其毛坯制造价格高达上万美元，采用了许多新技术。加工这个框的软件也非常棘手，需要选择新的编程工具。即使编写出来，机床匹配的后置软件是否好用也需要检验。尤其是双面加工，成飞无法使用国外先进的真空夹具，只能靠自己摸索。
“亚洲第一框”是一项艰巨的任务，但是一旦成功，带来的好处也非常显著。传统上，由几十个甚至上百个零件装配而成的飞机框架（如飞机的核心承力骨架）往往比一次成型的框架重量更大，力学性能也不如后者。然而，成飞成功地制造了“亚洲第一框”，并将其称为“飞跃之框”。
尽管歼-20战斗机整体框的制造难度很高，但成飞的工程师们并没有被难倒。他们采用了“性能需求、开发研制、评估验证”的循环推进思路，让试验、试飞、定型工作在短时间内取得了重要成果。
评论列表