文|东方新观察
我国最新战机歼-20自三机编队亮相建军90周年阅兵式之后，近日又传来好消息，今年将交付一个中队的量产版歼-20战机。
根据公开资料报道，我国歼-20的空机重量被成功的控制在15吨级。与之相比，美国与歼-20同级的飞机是F-22，根据洛克希德·马丁公司公布的技术材料，该机空重达19吨级——不同时期的公布数据大约在19-19.6吨之间。虽然美国飞机的设计思想与我国不同，更强调多用途，机载设备的安装密度比我国高。但两个尺寸接近（我国飞机机身稍长，但机身宽度和厚度较小，翼展也较小）的飞机，采用的材料也接近（钛合金均超过空重的40%，复合材料均超20%），空重本不该有如此大的差距。究其原因，主要是F-22研制年代较早，研制期间（主要是20世纪90年代），很多制造新技术、新工艺还远未成熟，受技术水平限制，死重较大。
F-22的机身和机翼承力结构，在其研制时期能做的技术选择较少，主要依赖锻造（其结构件重量可占飞机空重的1/3左右，在发动机中占得比例更大）和铸造加工（其结构件重量占飞机空重的比锻造加工小一些）等手段。但是，截至目前，西方所拥有的大型模锻压机吨位均在4-6万吨级，而F-22机身承力框体的尺寸可达3-5平方米，主承力框体更大，这远超出了这些模锻机的加工能力。美国只好将一个框体分成几个部分，因尺寸变小，就能分别锻造，然后采用电子束焊等手段将其拼接。锻造加工的零件虽然组织均匀，力学性能较好，但加工精度不高，体积、重量仍偏大。而焊接时，焊缝处力学性能较差，拼接位置必须在锻造时就留出较大强度余量，这进一步增大了该部位的体积和重量。
当然，由于机身承力结构外形极为复杂，有时锻造也不能满足要求，美国当时还采取了铸造的方法。铸造件尺寸精度较低，高温金属流体在进入铸模时，和空腔中的空气以及铸模本体产生的蒸汽等因素作用，容易产生气泡、沙眼、疏松等缺陷，为了避免这些缺陷影响构件强度，设计余量都比较大。这导致了铸件体积、重量明显比锻件大。
我国歼-20于2007年前后正式开始研制，比2005年装备美空军的F-22，有技术上的巨大后发优势。在其研制期间，我国建设了世界上最大的模锻压机，达8万吨级，配套的还有多台4万吨级的模锻压机，以及位于多地区的多台数万吨级的拉伸机、挤压机和一些新型铸造设备。但我国很快发现：虽有这些传统加工设备优于西方同类设备，但锻件的材料利用率约为15-25%，其中大型锻为10%-15%，环形锻件的仅3%-10%，锻件“肥头大耳”；而且加工时大量的昂贵金属材料变为废屑，锻件近表面的致密层不复存在，纤维组织被分割，影响和降低力学性能和表面完整性；其模具成本高、加工周期长，受锻造设备吨位限制，锻件尺寸受制约。在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面，传统锻造技术的瓶颈已显现，而传统铸造技术比锻造技术的缺点还要多。因此，我国一方面对这些设备进行改进和升级，另一方面，开始寻求新的技术手段，并取得了世人瞩目的成就。
这些新的技术手段主要包括：液态金属（特别是钛合金等航空材料）电磁约束成形技术，金属超塑成形技术，金属3D打印技术等。正是这些新技术的采用，才使得歼-20空重相比美国的F-22成吨级的减重。
