基于增材制造的新型戰機結構創新
機體結構是戰斗機的載體平臺，通常由數萬個零件組成，設計和制造要求高，其品質直接影響戰機的飛行安全和作戰任務完成能力，也可以說機體結構是先進戰機的“ 根” 。歷經數十年發展，噴氣式戰機已達第四代，機體結構正在由傳統設計制造向先進設計制造技術方向發展。目前戰機機體結構已出現瓶頸，主要體現在超重、開裂等問題上，難以滿足新一代飛機的研制要求，制約新型戰機發展，各國都在尋找解決瓶頸問題的技術方案。近年發展起來的增材制造技術具有可成形復雜結構、定制化制造、周期短等優勢，已具備制造戰機結構應用潛力，為突破機體結構平臺瓶頸提供了技術可能。
戰機結構現有瓶頸與發展需求
1.1 戰機機體結構發展經歷
在飛機設計領域，有一個基本共識——“ 一代飛機、一代技術” 。每一代戰機，在其研制要求牽引下，對該時期相關技術的最高水平進行綜合應用，包括設計、材料、制造、實驗、使用維護等方面，該代飛機的技術特征與當時的飛機研制需求息息相關。而每一代跨代戰機的出現，其研制需求都會大幅度提高，因此也會牽引著相關技術出現跨越式發展。從 1940 年第一代噴氣式戰斗機問世以來，至今已發展出四代戰斗機，各代戰機機體結構平臺的設計、材料、制造技術差異顯著。
第一代戰機是亞音速飛機，結構類型多以半硬殼式結構為主，材料主要是鋁合金和合金鋼，代表機型有佩刀“ F-86” （美國，1945 年設計，1947 年首飛，1949 年裝備部隊）。第二代戰機強調高空高速性能，開始出現蜂窩結構和整體金屬壁板等結構類型，材料仍然以鋁合金和合金鋼為主體，制造工藝多用鉚接進行裝配，代表機型有幻影“ MirageF1” （法國，1964 年設計，1966 年首飛，1973 年裝備部隊）。第三代戰機的設計特征是高空、高速、高機動性，結構類型有鋁合金整體壁板、復材整體壁板、金屬或復材蜂窩結構、超塑/擴散連接結構、焊接結構等，鋁合金和鋼比例下降，鈦合金與復合材料開始應用。代表機型側衛“ Su-27” （蘇聯，1969 年設計，1980 年首飛，現仍服役）。第四代戰機特征是高隱身、超機動、超音速巡航，結構類型基本沒有變化，復合材料、鈦合金、鋁鋰合金等比強度、比剛度高的輕質材料廣泛應用，傳統鋁合金和合金鋼用量明顯降低。代表機型猛禽“ F-22” （美國，1986 年設計，1990 年首飛，2002 年交付，2004 年形成戰斗力）。
1.2 戰機結構研制技術瓶頸
傳統戰機結構與傳統的制造和裝配技術緊密關聯，主要采用車、銑、磨等減材方式和鑄造等等傳統戰機結構與傳統的制造和裝配技術緊密關聯，主要采用車、銑、磨等減材方式和鑄造等等材方式進行制造，裝配采用剛性工裝和模具，通過螺接、鉚接將結構構件組合在一起，戰機結構的傳統制造技術工藝過程如圖 1 所示。
由于受到傳統制造技術的制約，傳統機體結構已形成固化的經典構型。傳統結構的核心特征就是“ 離散” ：第一，戰機結構采用橫平豎直的布局方式，傳遞載荷路徑不直接，造成質量冗余；第二，戰機部件采用機械連接對合方式，全機存在幾十處、甚至上百處集中接頭，不可避免出現應力集中、連接區超重的現象；第三，機體結構采用大量機械連接進行裝配，一架飛機有幾十萬個連接件和孔，存在大量的疲勞薄弱環節，易開裂；第四，因為離散裝配的原因，全機具有幾千條縫隙，機體表面具有非常多的階差和溝槽，產生大量次級散射源，隱身能力難以進一步提升；第五，結構零件構型簡單、材料單一，為適應機加工藝形成板桿構型，材料功能單一，每個結構件均由單一材料組成，應力水平的不均勻，造成材料性能的浪費。傳統結構正是由于“ 離散” 的特征，因此產生固有問題——質量大、易開裂、隱身差、占有空間大、結構效率低。美國的四代機同樣也具有上述問題，如 F-35 系列飛機超重達到 640～900 kg，F-22 戰機開裂問題明顯，美軍方投入 3.5 億美元進行抗疲勞改進。發展至四代機，傳統結構使得戰機出現“ 設計極限”——結構質量系數 28%、使用壽命 8000 飛行小時，傳統結構已遇到瓶頸。
圖 1 戰機結構傳統制造技術
1.3 新一代戰機結構需求
第五代戰機、制空無人作戰飛機等新一代戰機向高隱身、高生存力、強態勢感知、熱環境方向發展，整體趨勢是外形更薄、受載更大、使用更嚴酷、環境更復雜、隱身要求更高，對機體結構提出了跨越式提升的苛刻要求。新一代戰機機體結構需具有輕質高效、長壽命、多功能、低成本、快速響應的特征，而基于傳統制造技術的傳統結構已無法滿足上述要求，新一代戰機效果圖如圖 2 所示。
圖2 新一代戰機效果圖
基于增材制造技術的結構創新
傳統結構來源于傳統的制造方式，與傳統制造方式相契合，現在則受到其束縛制約。下一代戰機機體結構創新突破的關鍵，就在于充分發揮新的先進制造技術的特征優勢，基于以增材制造技術為典型的先進制造技術創造出不同于傳統構型的全新結構構型。
2.1 增材制造技術
增材制造又稱 3D 打印，在高性能金屬構件制造方面，是以合金粉末或絲材為原料，通過高能量熱源（激光、電子束、電弧等）冶金熔化并快速凝固的方式進行逐層堆積的制造技術。不同于傳統減材和等材的制造方式，增材制造依托數字化模型以生長的方式進行成形制造，具有可制造復雜結構件、無需模具、材料利用率高、可根據需求快速定制制造等特征，常見的增材制造方式見表 1。
增材制造以熱源、材料、成形方式不同，可分為立體光固化（vat photo polymerization，VP）、材料噴射（material jetting，MJ）、黏結劑噴射（binder jetting，BJ）、粉末床熔融（powder bed fusion，PBF）、材料擠 出 （material extrusion，ME) 、定向能量沉積（directed energy deposition，DED）、薄材疊層（sheetlamination，SL）等類型。金屬零件的增材制造技術主要有粉末床熔融、定向能量沉積、黏結劑噴射三類。其中粉末床熔融主要有激光選區熔化（selective laser melting， SLM）和電子束熔化（electron beam melting，EBM）兩種工藝，定向能量沉積主要有激光近凈成形（laser engineered net shaping，LENS）、電子束熔絲成形（electron beam forming，EBF）、電弧熔絲成形 (arc fuse forming，AFF ) 等工藝類型，黏結劑噴射主要有金屬微滴噴射技術。
基于增材制造技術，可將設計與制造進行高度融合，構造出全新的結構形式，使其具有輕量化、壽命長、成本低等優勢命長、成本低等優勢。相對于傳統制造方式，增材制造可規避如板材厚度、棒材規格等限制，以及生產裝配復雜模具工裝、長時間的機加周期、固化難等諸多制約，可適應快速更改迭代的工藝設計與巨大的生產投入。
增材制造可以根據設計的更改快速更改工藝模型，實施制件生產，可以用粉末或絲材生產不同尺寸的制件而不受原材料尺寸規格限制，可以近凈成形以大幅度減少機加工作量，可以自由生產小批量、幾件甚至單件的制件以減少生產投入和周期，圖 3 為增材制造生產的典型結構實例。相比傳統制造技術，增材制造主要的優勢在于可以生產形狀復雜、不規則的制件，甚至可以制造傳統機加無法加工的微觀結構和內部結構。增材制造的這個優勢可以制造之前無法實現的結構構型，為突破傳統結構構型束縛，創造全新結構構型提供制造技術手段。
表 1 常見的增材制造方式
圖 3 增材制造生產的新結構件：(a） 搖臂；（b） 防火墻；（c） 前緣
2.2 基于增材制造技術的創新結構
相對于傳統結構的離散、板桿構型、材料與承載功能單一等特征，新一代戰機的新型結構特征可歸結為“ 四化” ——大型整體化、構型拓撲化、梯度復合化、結構功能一體化。圍繞“ 四化” 方向，可構建全新結構形式，如三維承載整體結構、仿生構型結構、梯度金屬結構以及微桁架點陣結構等。
三維承載整體結構是將若干各自獨立的結構件整合成整體，通過增材制造一次性成形，把傳統平面結構的二維承載改變為三維承載方式。該類結構可大量消除原有的工藝分離面，有效減少結構傳載“分散-集中-分散” 情況，優化載荷傳遞，減少結構冗余部分，實現減重。同時該類結構減緩了傳統機加結構生產帶來的應力集中，消除了大量的疲勞薄弱環節，增加結構壽命。此外，三維承載整體結構取消傳統多件平面二維結構機械連接裝配的大量緊固件，取消了大量連接孔，對機體結構的減重和增壽也有極大增益，典型三維承載整體結構如圖 4 所示。
仿生構型結構是按照載荷分布將材料集中在最有效的拓撲路徑上，實現滿足承載和剛度要求下結構質量最小，是一種輕量化的結構構型。該類結構在自然界中隨處可見，如樹葉的葉脈、蜻蜓的翅膀。典型部位采用該類結構，相比傳統制造的板桿構型結構可減重 20% 以上。該類結構傳載更均勻、更優化，質量減輕的同時，還可以有效降低應力集中，促進壽命增益，典型仿生構型結構如圖 5 所示。3D 打印是實現該類復雜結構的有效制造手段。
圖 4 “肋/梁/接頭” 三維承載整體結構
圖 5 艙門搖臂結構對比 （a） 傳統構型；（b） 仿生構型結構
梯度金屬結構是將不同金屬材料按需分區布置并熔合成一體的新型結構，其力學性能呈梯度變化。金屬結構的材料布局具有可設計性。該類結構可實現減重、提高疲勞壽命、降低成本，在實現承載功能的同時，還可以根據需求使結構部分區域具有耐熱、抗蝕、耐磨等功能，典型梯度金屬結構如圖 6 所示。
微桁架點陣結構是指將結構內部或表面由微觀結構單元陣列累積構成，并在內部微觀結構中融合系統通路以實現各種功能。該類結構在滿足承載能力需求的同時可大幅度減輕質量，此外還可以實現隱身、變體、耐熱、自潔、減振、降噪、防爆、抗沖擊、健康監控等多種功能，典型微桁架點陣結構如圖 7 所示。
圖 6 梯度金屬翼肋結構
圖 7 增材制造微桁架點陣結構
新結構關注的技術問題
對基于增材制造的新型結構，重點關注兩方面技術問題。一是新結構的可制造性，主要關注其制造可實現性、生產效率、尺寸規格，以及生產周期、成本和配套工藝等。二是關注新結構是否發揮了增材制造技術的特征與優勢，設計是否達到最優。也就是說，基于先進制造的新結構研制一定要將設計和制造統一考慮，相互迭代，以實現最優的結構效率。
在三維承載整體結構方面，可制造性重點關注激光沉積同軸送粉技術、電子束真空熔絲成形、電弧低成本熔絲成形、多種增材工藝復合制造成形，以及增材制造與傳統變形材料機加結合制造的相關工藝。設計技術重點關注整體結構的三維成形連接區的失效模式和許用值、三維承載整體結構在交變載荷下三維裂紋擴展的行為規律、采用多種增材工藝復合制造整體結構界面區的力學特性，以及綜合成形工藝特征和疲勞特性的整體結構優化方法等。
在仿生構型結構方面，可制造性重點關注超大規格激光選區熔化成形、增材鋪粉成形與成形連接復合制造、冷壓燒結成形等制造技術。設計技術重點關注拓撲構型的損傷容限特征與許用值定義方法、復雜載荷工況下傳力路徑特征、仿生構型結構輕量化便捷仿真模型、基于增材制造工藝約束面向不同性能/功能需求的優化設計方法，以及仿生構型結構的實驗過程失效監控技術等。
在梯度金屬結構方面，可制造性重點關注激光直接沉積送粉成形、異種材料成形、爆炸成形、攪拌摩擦焊、異種材料熱處理等制造技術。設計技術重點關注梯度多材料結構的力學性能和表征方法、梯度金屬結構過渡區的行為響應規律、異種材料結合結構界面的失效判據與許用值、含性能梯度特征的多材料結構宏細觀仿真建模方法、多種梯度材料結構布局分布與結構特征的協同綜合優化、梯度金屬結構的適用范圍與設計指南等。根據前期的研究成果可知，基于激光沉積成形的異種鈦合金復合結構，其界面過渡區寬度在 0.4～0.6 mm；過渡區靜力性能介于兩種基材之間，疲勞性能也介于兩種基材之間；過渡區斷裂韌度梯度變化，具有線性、連續過渡特征，過渡區裂紋擴展速率規律與單一材料近似，可由 Paris 公式描述。
在微桁架點陣結構方面，可制造性重點關注激光選區熔化成形、電子束選區熔化成形、增材鋪粉成形與成形連接復合制造、結構表面微納加工等制造技術。設計技術重點關注基于增材制造工藝屬性約束微觀結構單元的構型設計、微桁架結構的基本力學性能與表征方法、微桁架節點連接方式對性能影響規律，微桁架結構失效機理/判據與設計許用值、微桁架結構的跨尺度仿真模型與分析方法、宏細觀多功能結構構型優化設計技術等。在前期的研究工作中可以看出，微桁架單元組成的多功能融合結構其承載特性與單胞構型、相對密度、載荷形式等相關。微桁架桿徑的尺寸對結構力學性能影響很大，通過實驗可知桿直徑從 0.5 mm 增加至0.6 mm，相對密度從 6.25% 提高至 8.9%，抗壓強度則可提高 4.6 倍。
增材制造新型結構實例
針對戰機上的三個典型實例，基于增材制造技術，設計制造一體化開發相應的新型結構，并通過對比傳統方案，分析新型結構的優勢與收益。其中燃油管接頭是小尺寸具有結構特征的功能件，環形散熱器為中等規格的結構功能一體件，框梁結構代表大型主承力結構件。
4.1 燃油管接頭
燃油管接頭是戰機連接燃油系統管路的通路接頭，有四個接口，尺寸 為 210 mm×110 mm×85 mm，鋁合金材質，傳統方案如圖 8 所示，為左右鍛件機加制成的法蘭盤和中間的鑄造四通短管焊接制造，質量為 0.35 kg。原產品氣孔夾雜嚴重，性能差、強度低、壽命短，成品率不足 10%。
為解決原方案問題，基于三維承載整體化的結構理念，提出用增材技術整體一次成型的制造方案，并根據增材制造技術的特點，對產品方案進行結構/制造一體化的全新設計與優化，目的是在滿足使用要求的基礎上實現最大幅度的減重。經過8 輪設計與工藝的迭代優化，形成最終結構與主體工藝方案。設計內容包括結構各部分的構型、各部位的局部形狀、每一處典型尺寸及其過渡區的設置，工藝設計內容包括單爐擺放件數、擺放角度、支撐結構等與結構構型和尺寸相關的主要工藝方案內容。
在確定結構方案和主體工藝方案的基礎上，對工藝參數進行細致的優化與試制迭代，主要包括針對成形組織、性能、變形等方面對主體結構成形工藝參數的調整，以及針對制件表面粗糙度、表面質量與表面處理方式（硫酸陽極化、化學氧化、噴漆）等方面對結構表面成形工藝參數的調整，形成最優的工藝參數+后處理加工+表面處理+無損檢測的制造方案。最終制件未見缺陷，晶粒尺寸較均勻，性能滿足設計與使用要求。
燃油管接頭經過設計/制造一體化全新研制后的增材制造方案，成品率、強度、壽命大幅度提升，零件數量、質量、生產周期則大幅度減少，有效解決了產品傳統技術問題，全面提升了性能品質，燃油管接頭最終產品如圖 9 所示，與傳統方案相比增材制造方案收益結果見表 2。
圖 8 燃油管接頭原設計和制造方案
圖 9 增材制造燃油管接頭最終產品
表 2 燃油管接頭傳統方案與增材方案對比
4.2 環形散熱器
環形散熱器是戰機重要系統功能件，是連接進氣道與發動機的轉換段，利用環內空氣對飛機的系統冷卻液進行降溫處理，以此保障飛機重要功能成品的正常運轉 。環形散熱器尺寸 為 ϕ800 mm×330 mm， 傳 統 方 案 是 由 200 余 件 薄 鋼 件 通 過“ 焊+釬焊/氬弧焊組合焊接” 制成，如圖 10 所示，焊縫非常多，導致其開裂頻發，交叉焊縫和搭接處經常出現缺陷，成品合格率不足 50%。此外，傳統方案還有質量大、強度低、功能單一等問題。
基于三維整體化和多功能融合的理念，提出“分區模塊化、單模塊增材整體成型、模塊間螺接密封” 的方案。并基于增材制造特征開展全新設計，新型增材制造環型散熱器結構方案如圖 11 所示，目標是提升換熱效率，并大幅度減輕產品質量。通過構建內部梯度分布流道，流道壁按需設置導流孔，實現散熱器內部的紊流換熱，以此突破傳統方案平流換熱效率低的瓶頸，內流道結構細節如圖 12 所示。在結構典型部位與細節上充分考慮增材可制造性，如壁面與筋條設計成 45°構型以減少支撐；綜合承載、變形控制與成形性，合理分布自支撐結構元件和內部開孔的形狀-尺寸-間距等；同時設計內部結構的清粉和內表面粗糙度處理通路。經過多輪結構與工藝的協同優化，獲得具有良好可制造性的結構構型與尺寸參數，并優選出滿足薄壁/多孔等典型特征、最優表面質量、最佳力學性能等需求的打印工藝方案，充分體現設計制造一體化的特征。研制后的增材制造產品解決了強度、壽命、成品率、質量和生產周期等方面的問題，大幅度提升了環形散熱器的工重比，實現了產品的升級換代。
圖 10 環形散熱器傳統方案與滾焊制造過程
圖 11 新型增材制造環形散熱器方案
針對環形散熱器結構復雜曲面、大面積多層薄壁、0.8 mm 內部長細板件、內部陣列免支撐開孔等特征，開展多輪增材制造工藝方案與參數調試，通過內填充、外表皮功率、掃描速度等工藝參數，以及支撐、分區策略等成形方案的調整優化，得到最佳增材制造方案，環形散熱器增材制造工藝模型和優化迭代過程產品如圖 13 所示。并利用內表面精整技術和專用熱校形技術提高了環散內流道粗糙度和整體成形精度。最終環形散熱器尺寸公差控制在±0.8 mm 以內，滿足設計與使用要求。
圖 13 環形散熱器典型件工藝參數優化
全新研制的環形散熱器，完成氣密、耐壓、振動、循環加載壽命等考核，滿足研制要求。增材制造新型環形散熱器成品率達到90%以上，質量減少23.7%，換熱效率提升47.8%，有效解決了產品傳統瓶頸問題，全面提升了產品性能品質。與傳統方案相比增材制造方案收益結果見表 3。
表 3 環形散熱器原方案與增材方案對比
4.3 三維框梁整體結構
傳統戰機主承力結構由框、梁、隔板等組成，通常利用角盒、角材等過渡件采用套合、對接等方式進行機械連接裝配，連接區與過渡區有大量的連接孔和緊固件，存在應力集中和疲勞薄弱部位多等現象。如圖 14、圖 15 所示，以飛機后機身部分鈦合金主承力結構為例，由 1 個機身框、2 根垂尾梁、4 根縱向梁通過 24 個角盒，264 個緊固件裝配而成，質量達到 155 kg。根部連接區應力集中現象明顯，連接區連接孔受載大，單側產生 44 處疲勞薄弱
部位。
美國 F-22 飛機中尺寸最大的鈦合金整體加強框零件質量不足 144 kg，其毛坯模鍛件卻重達 2796kg，材料利用率不到 4.9%，數控加工周期長達半年以上。對新機研制來說，傳統鈦合金主承力結構與制造技術的性能、周期、成本無法滿足要求。
圖 14 戰機主承力結構傳統方案
圖 15 傳統結構方案連接方式�。╝）耳片連接；（b）角盒連接
采用激光同軸送粉成形與增材連接技術，將機身框、垂尾梁、縱向梁融合為一體，構建三維承載框梁整體結構如圖 16(a) 所示。用連續結構代替連接件，取消連接孔，減少疲勞薄弱部位；優化連接區、過渡區局部構型與尺寸參數，降低應力集中；一體化結構整體剛度更好，傳載更均勻，進一步減小結構尺寸，降低結構質量。
激光同軸送粉工藝的增材制造技術通過金屬材料的激光熔融與快速凝固沉積，可直接成形出完整致密、組織細小、成分均勻、性能優異的“ 近終形” 大型復雜零件。但其零件尺寸過大，會造成變形開裂�！� 分段離散成形＋增材熔合連接” 可有效解決該問題，將分塊零件增材制造后，分別進行熱處理、機加、無損檢測，控制各段零件的殘余應力，然后進行增材熔合連接，典型三維框梁整體結構增材工藝分段方案如圖 16(b) 所示。通過仿真預測殘余應力臨界值，為分區離散提供依據；一般而言，單體成形零件尺寸不超過 1.5～2 m，構型復雜零件，尺寸一般不超過 1 m。三維整體結構與其他結構協調接口多、裝配關系復雜，成形與加工變形精度控制和容差分配是其關鍵技術之一。
基于上述方法，新概念結構航空科技重點實驗室研制出三維框梁整體結構如圖 17 所示，尺寸達到 3.7 m×1.8 m×1.9 m，尺寸精度滿足要求，質量為120 kg，與傳統結構方案相比減重 22.5%，零件數量減少 97%，大幅降低應力集中，疲勞薄弱部位消減88 處、減少 264 件緊固件，與傳統方案結構相比增材制造方案收益結果見表 4。該技術為滿足新型戰機主承力結構輕量化、長壽命的研制要求提供了一條有效技術途徑。
圖 16 三維框梁整體結構 �。╝） 結構模型；（b） 增材工藝分段方案
圖 17 “框/縱向梁/垂尾梁” 三維框梁整體結構
表 4 三維框梁結構原方案與增材方案對比
跨領域技術對戰機結構創新的促進
先進制造技術對機體結構創新起到巨大推動作用，同樣光纖傳感和建筑工程結構等跨領域的技術對軍機結構也具有積極的促進和借鑒意義。
5.1 融合光纖傳感實現結構狀態感知
戰機結構數量巨大，承受載荷大，同時由于材料缺陷和制造損傷不可避免，以及損傷發生部位與形式的不確定性，結構在長期使用過程中會出現多處裂紋，而結構本身的狀態又無從感知，不能及時捕捉到結構損傷情況，無法預測機體結構的健康狀況，這對戰機產生了很大的安全隱患，甚至會導致機毀人亡。
把微小的傳感器分布在戰機結構上，通過監測結構應變、位移、頻率等相應信號，實現機體結構狀態的及時感知，并通過捕捉到的信號對戰機飛行姿態進行調整，以此規避戰機的安全問題，增長戰機使用壽命�，F在常見的健康監控技術主要有壓電傳感器、光纖光柵傳感器、智能涂層等類型，其中光纖光柵傳感器具有體積小、質量輕、響應時間短、對結構性能影響小等優勢，在戰機結構健康監控方面的應用前景最好。如何進行傳感器的優化布局，在捕捉到足夠的信號信息、具有足夠的可靠性的同時，使用盡量少的傳感器，對結構產生影響最小是其關鍵技術。該技術可借鑒 5G 網絡基站布局的思路：一體化基站和分布式基站結合，宏基站、微基站、皮基站、納基站多尺度結合，小型化、密集化、定制化等理念。戰機光纖健康監控可根據結構部位關鍵程度（損傷情況對飛機安全的影響大�。┮约敖Y構構型的復雜程度，進行不同密集程度、不同信號強度的布置。在關鍵部位布置密集、復雜構型部位在特征點布置、平面大面積結構承載水平一般的區域采用疏松式的布置方案等。通過健康監控技術讓機體結構“活” 起來。
5.2 建筑結構對戰機結構的啟示
傳統戰機結構受到制造技術制約，形成固定的構型，具有橫平豎直的板桿類特征，這與傳統建筑結構類型類似。隨著現代建筑技術的不斷進步，創造出多種新型的結構形式，這些新穎建筑結構的構型方法和設計理念對戰機結構也有很大的啟示。
國家速滑館屋頂呈馬鞍形，尺寸達到 240 m×174 m，采用鋼索網+玻璃板鑲嵌的結構，很好實現了屋頂結構的藝術造型、采光、保暖等設計要求。該類結構具有雙曲率成形、可承受法向載荷、減振性能好、質量輕等優點，在戰機上可轉化成新型柔索類壁板，可應用在次承力蒙皮結構上，對該類結構減振、減重具有很好的借鑒意義。
超高層建筑中設置抗震層，以消除地震對建筑主體的影響。新型建筑抗震層的墻體采用了拱形結構構型，具有良好的承載和抗震性能。在傳統戰機機體中，梁類和肋類結構的腹板多采用平面腹板加立筋的構型，剛度大、質量大。對于某些具有減振需求的梁肋類結構，可參考建筑將腹板筋條布置成拱形，不僅可以提高減振性能，還可以有效減輕結構質量。
結論
先進制造技術和跨領域先進技術將結構設計、成形加工與工程應用協同融合，創造出與傳統不同的具有可實現性的全新結構。特別是基于增材制造開發出的三維承載整體結構、仿生構型結構、梯度金屬結構、微桁架點陣結構等創新結構，具有輕質高效、長壽命、多功能、低成本、快速響應的特征，可以大幅度提升機體平臺品質，為研制未來新型戰機提供了技術支撐。增材制造需要關注的問題除了可制造性和發揮制造優勢外，本身還存在微裂紋、微氣孔造成的性能不穩定，疲勞壽命難以預測，梯度復合結構和微桁架等特殊結構失效判據難以界定等難題，如何穩定增材制造工藝，形成科學合理的增材制造結構失效判據及驗證方式是目前增材制造技術急需解決的重要問題。
本文發表在《航空材料學報》2021年第41卷第6期：P1-P12。
(責任編輯：admin)
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