Kineski konstruktori napravili su noseći element avionskog trupa duži od pet metara koristeći tehnologiju 3D štampanja metala. Reč je o delu koji prima i prenosi velika opterećenja tokom leta, a ne o pomoćnoj komponenti ili eksperimentalnom modelu. Dostignuće dolazi iz instituta u Šenjangu, koji je razvio stelt lovac J-35 i učestvuje u radu na kineskim borbenim avionima nove generacije.
Pet metara metalne konstrukcije, bez klasičnog sklapanja
Iza projekta stoji Ključna laboratorija za nove vazduhoplovne konstrukcije, deo Instituta za projektovanje i istraživanje aviona u Šenjangu, koji pripada državnoj korporaciji AVIC. Prema podacima objavljenim 14. novembra, inženjeri su uspeli da izrade integrisanu konstrukciju namenjenu centralnom delu trupa, gde se prenose velika mehanička opterećenja između različitih delova aviona. Takvi elementi moraju da izdrže savijanje, uvijanje, vibracije i stalne promene sila tokom manevarskog leta.
U konvencionalnoj proizvodnji slične strukture često nastaju mašinskom obradom velikih metalnih komada ili sklapanjem više delova pomoću različitih spojnih elemenata. Svaki dodatni spoj zahteva projektovanje, kontrolu kvaliteta i proveru otpornosti na zamor materijala, a ujedno može povećati ukupnu masu konstrukcije. Aditivna proizvodnja omogućava projektantima da metal raspoređuju prema stvarnim opterećenjima, izrađuju složene unutrašnje oblike i smanjuju broj zasebnih komponenti.
Najveći problem nastaje kada dimenzije štampanih metalnih delova počnu da se mere metrima. Lokalno zagrevanje i brzo hlađenje materijala stvaraju unutrašnja naprezanja koja mogu dovesti do deformacija, pukotina i odstupanja od projektovanih mera. Kineski tim zato je razvio postupak koji kombinuje štampanje odvojenih segmenata i njihovo naknadno spajanje aditivnim postupkom, čime nastaje velika integrisana konstrukcija.
Prednost takvog rešenja nije samo u mogućem smanjenju mase. Ono omogućava izradu velikih nosećih struktura bez potrebe za jednako velikim kalupima i nekim od tradicionalnih proizvodnih postupaka, uz mogućnost bržih konstruktorskih izmena tokom razvoja aviona. AVIC zasad nije objavio tačnu masu novog elementa, njegove mehaničke karakteristike niti oznaku letelice za koju je namenjen.
Izmenjivač toplote koji istovremeno nosi opterećenje
Drugi predstavljeni rezultat odnosi se na prstenasti izmenjivač toplote koji se postavlja unutar vazdušnog usisnika aviona. Umesto da bude samo uređaj za regulaciju temperature, ova komponenta objedinjuje prenos toplote, odvođenje vazduha, strukturnu potporu i mogućnost održavanja. Njeni unutrašnji kanali oblikovani su tako da obezbede veliku površinu za razmenu toplote bez nepotrebnog povećanja dimenzija i mase.
Takva konstrukcija posebno je zanimljiva za savremene borbene avione, kod kojih elektronika, radari i sistemi za elektronsko ratovanje stvaraju sve veće količine toplote. Odvođenje te toplote zahteva prostor, masu i energiju, dok stelt konstrukcija dodatno ograničava mogućnosti ugradnje klasičnih rashladnih sistema. Objedinjavanje više funkcija u jednom elementu zato može osloboditi prostor za drugu opremu i pojednostaviti unutrašnji raspored letelice.
Međutim, štampanje složenih kanala otvorilo je dodatni proizvodni problem: kako obraditi njihove unutrašnje površine kada klasični alati ne mogu da dopru do njih? Inženjeri su razvili uređaj za magnetno brušenje koji koristi sitne čelične iglice, čije se kretanje kroz kanale kontroliše spoljnim magnetnim poljem. Njihovim pomeranjem i okretanjem poliraju se teško dostupne površine, što omogućava završnu obradu složenih unutrašnjih struktura.
Tehnologija koja se razvija još od 2003. godine
Najnoviji rezultati predstavljaju nastavak istraživanja započetog pre više od dve decenije. Još 2003. godine profesor Vang Huaming sa Pekinškog univerziteta za aeronautiku i astronautiku doneo je u institut u Šenjangu mali metalni predmet veličine oraha, izrađen aditivnom tehnologijom. Taj uzorak postao je početak zajedničkog rada na laserskoj proizvodnji avionskih struktura od titanijumskih legura.
Do 2016. godine institut je već razvijao metalne komponente za više vazduhoplovnih programa, uključujući eksperimentalni lovac Gyrfalcon, iz čijeg je razvoja nastala porodica J-35. Tadašnji podaci govorili su o četiri postupka aditivne proizvodnje, pet vrsta metalnih materijala i sedam kategorija konstrukcionih delova. Najnoviji izveštaj AVIC-a navodi šest proizvodnih postupaka, 13 vrsta metala i 19 kategorija 3D štampanih strukturnih komponenti.
Razlika pokazuje da kineska vazduhoplovna industrija već dugo radi na prelasku sa pojedinačnih eksperimentalnih delova na znatno složenije konstrukcije. U tome važnu ulogu imaju razvoj novih metalnih legura, kontrola kvaliteta štampe i postupci kojima se proverava ponašanje gotovih delova pod opterećenjem. Posebno je značajno što se projektovanje konstrukcije sve više usklađuje sa mogućnostima same proizvodne tehnologije.
Šta ovo znači za J-35 i lovac šeste generacije J-50?
Institut u Šenjangu odgovoran je za razvoj više generacija kineskih borbenih aviona, od J-8 i J-11 do palubnih J-15 i stelt porodice J-35. Njegovi najnoviji proizvodni rezultati posebno su zanimljivi zbog paralelnog razvoja prototipa nove generacije, koji se nezvanično naziva J-50 ili J-XDS. Taj avion se pojavio na snimcima letnih ispitivanja tokom 2025. godine, a naknadno su zabeleženi dodatni probni letovi.
J-50 koristi bezrepu konfiguraciju, sa drugačijim rasporedom upravljačkih površina i velikim zahtevima u pogledu čvrstoće, mase i unutrašnjeg prostora. Za takve konstrukcije izrada integrisanih nosećih elemenata može imati posebnu vrednost, jer omogućava optimizaciju opterećenja bez velikog broja klasičnih spojeva. Međutim, nema potvrde da su upravo predstavljeni petometarski element i prstenasti izmenjivač toplote već ugrađeni u prototip J-50.
Kina istovremeno ispituje i znatno veći avion kompanije Čengdu, nezvanično označen kao J-36. Razlike između dva kineska prototipa šeste generacije ukazuju na različite zahteve u pogledu dimenzija, doleta, nosivosti i konstrukcije trupa. Tehnologije velikih integrisanih komponenti mogle bi da budu primenljive na oba koncepta, iako je konkretno dostignuće predstavljeno u institutu povezanom sa Šenjangovim programima.
Posebno mesto u tom razvoju zauzima palubni J-35, koji se već koristi u sastavu kineske mornaričke avijacije. Njegovo katapultiranje sa nosača aviona Fuđijan pokazalo je koliko su se proširile mogućnosti kineske vazduhoplovne industrije u projektovanju i proizvodnji savremenih borbenih letelica. Primena lakših, čvrstih i složenijih konstrukcionih elemenata može biti posebno korisna za palubne avione, čiji trupovi i stajni trapovi trpe velika opterećenja tokom katapultiranja i sletanja.
Od laboratorije do proizvodnje borbenih aviona
Za dalju primenu tehnologije presudna je mogućnost da se složene metalne strukture izrađuju ponovljivo, uz stabilan kvalitet i prihvatljive proizvodne troškove. Vazduhoplovne komponente moraju proći ispitivanja čvrstoće, zamora, temperaturnih opterećenja i dugotrajne pouzdanosti, bez obzira na to kojom su tehnologijom izrađene. Upravo zato napredak Šenjanga ima najveći značaj u prelasku sa uspešne izrade pojedinačnih delova na pouzdanu proizvodnju velikih konstrukcionih sklopova.
Kineska laboratorija sada raspolaže znatno širom bazom proizvodnih postupaka, materijala i konstrukcionih rešenja nego pre deset godina. Njeni najnoviji rezultati pokazuju kako se aditivna proizvodnja koristi za elemente koji imaju neposrednu ulogu u čvrstoći trupa i upravljanju toplotom, umesto da ostane ograničena na pomoćne komponente. Za programe J-35 i J-50 to otvara mogućnost složenijih i bolje integrisanih konstrukcija, uz manje zavisnosti od tradicionalnih proizvodnih ograničenja.
