民機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，二是飛機(jī)主要系統(tǒng)的進(jìn)步，三是材料技術(shù)的進(jìn)步?！皩?duì)于搞飛機(jī)的人來(lái)說(shuō)，尤其是搞飛機(jī)總體的人來(lái)說(shuō)，經(jīng)常說(shuō)一代飛機(jī)一代材料。搞材料的人則經(jīng)常說(shuō)一代材料一代飛機(jī)。這兩種說(shuō)法有不同的出發(fā)點(diǎn)，但不管怎么說(shuō)，我們都不難看出材料在飛機(jī)發(fā)展過(guò)程中所起的特殊作用?！痹诮邮懿稍L時(shí)，長(zhǎng)期從事材料和標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用研究，參加過(guò)多型飛機(jī)的材料選用和材料國(guó)產(chǎn)化研究工作的C919大型客機(jī)副總設(shè)計(jì)師章駿首先為記者進(jìn)行了一次科普。

C919是如何選材的

章駿告訴記者：“從飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展來(lái)說(shuō)，以金屬材料為代表的飛機(jī)，到波音777的時(shí)候，我個(gè)人認(rèn)為是發(fā)展到了一個(gè)頂峰。近年來(lái)，復(fù)合材料開(kāi)始興起，它在解決飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化和長(zhǎng)壽命問(wèn)題上有一定優(yōu)勢(shì)?！?/p>

C919應(yīng)該選用哪些材料？相關(guān)專家為此進(jìn)行了多次論證，提出了不同方案?！扒捌谡撟C時(shí)，有一個(gè)方案是整機(jī)使用大約20%的復(fù)合材料，涵蓋中央翼和機(jī)翼。隨著型號(hào)研制工作的深入，在綜合考慮各方面情況之后，最終確定使用11.5%的復(fù)合材料，主要集中在機(jī)翼上的活動(dòng)面，如襟翼、副翼、后機(jī)身、平尾和垂尾等。這11.5%的復(fù)合材料當(dāng)中，主要選擇了三大類：T800級(jí)碳纖維復(fù)合材料、T300級(jí)碳纖維復(fù)合材料以及玻璃纖維復(fù)合材料。我們常說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合材料特指T800級(jí)復(fù)合材料。在C919大型客機(jī)之前，中國(guó)航空制造業(yè)從未在批產(chǎn)型號(hào)中使用過(guò)這類材料。”

復(fù)合材料既然具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，為什么要降低使用率呢？對(duì)此，章駿解釋說(shuō)：“復(fù)合材料確實(shí)是一個(gè)很不錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)減重的路徑，但并不代表復(fù)合材料可以完全替代金屬材料實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化的目標(biāo)，用什么材料僅僅是手段，最關(guān)鍵的是要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化這一核心目標(biāo)。通過(guò)對(duì)金屬材料的純化和改進(jìn)，或者發(fā)展新型合金也能實(shí)現(xiàn)同樣的減重目標(biāo)?！?/p>

“另外，相比金屬材料，復(fù)合材料制造工藝更為復(fù)雜，更加難以控制，裝備體系和適航審定方法都要重新建立，成本巨大，周期漫長(zhǎng)，需要較長(zhǎng)時(shí)間的積累和投入。從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，復(fù)合材料應(yīng)用應(yīng)該一步一步來(lái)做?！?/p>

“2009年前后，鋁鋰合金進(jìn)入我們的視野。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋁鋰合金的優(yōu)勢(shì)在于添加了鋰元素之后，在材料總體性能提高的同時(shí)，密度降低了，因此能有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重這一目標(biāo)。目前，C919使用的鋁鋰合金主要包括兩大類三個(gè)牌號(hào)，一類是薄板，主要用來(lái)制造飛機(jī)蒙皮，還有一類叫做型材，主要用來(lái)制造長(zhǎng)桁和地板支撐結(jié)構(gòu)件?！?/p>

在飛機(jī)材料的選擇上，中國(guó)商飛公司堅(jiān)持兩條腿走路，在充分運(yùn)用復(fù)合材料的基礎(chǔ)上又加入鋁鋰合金這一新材料，這一做法得到專家評(píng)審組的高度肯定。專家組認(rèn)為，新材料的使用既實(shí)現(xiàn)了減重收益，又確保風(fēng)險(xiǎn)可控，走出了國(guó)內(nèi)民機(jī)材料應(yīng)用的一條新路子。

從規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)做起

如果把飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的全過(guò)程比作一個(gè)金字塔，那么材料設(shè)計(jì)在整個(gè)環(huán)節(jié)中，尤其是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中就處于第一層或第二層的基礎(chǔ)位置。材料設(shè)計(jì)要通過(guò)大量的基礎(chǔ)性研發(fā)試驗(yàn)，為整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核給出許用值。

“在C919研發(fā)過(guò)程中，我們遇到了很大的挑戰(zhàn)。以前，我們?cè)诓牧戏矫嫒狈σ惶滓?guī)范的體系，通過(guò)C919這個(gè)型號(hào)，我們探索建立了自己的材料規(guī)范體系。該體系得到國(guó)內(nèi)外主流材料供應(yīng)商的支持、配合和認(rèn)同。”章駿如是說(shuō)。

說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上，這樣一套完整規(guī)范的建立需要大量的試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)支撐。在章駿看來(lái)，材料試驗(yàn)非常瑣碎，但要求卻十分嚴(yán)格。舉個(gè)例子，光第一期的復(fù)合材料許用值工作就涉及21000多項(xiàng)試驗(yàn)件的制造和試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)件尺寸的測(cè)試值超過(guò)20處，可以想象制造的精細(xì)程度有多高，試驗(yàn)件檢測(cè)的工作量有多大。而這僅僅是許用值工作的起步階段，后續(xù)還有更大的工作量。

供應(yīng)商產(chǎn)品制造過(guò)程控制是另外一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的工作。目前，材料與標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)共有國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商100多家?！霸诓牧瞎?yīng)商管控上，我們采用的模式是多元化，充分競(jìng)爭(zhēng)，盡可能杜絕唯一供應(yīng)商，引入充分競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)材料規(guī)范下面一定有不只一個(gè)合格供應(yīng)商。我們通過(guò)深入產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程控制來(lái)保證材料的質(zhì)量、合理的經(jīng)濟(jì)性以及科學(xué)的供貨周期，事實(shí)證明這樣的策略還是卓有成效的?！闭买E介紹說(shuō)。

“材料和標(biāo)準(zhǔn)件這個(gè)行業(yè)，雖然是一個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)，但對(duì)于整個(gè)飛機(jī)供應(yīng)鏈的合理建立是有幫助的，甚至對(duì)控制飛機(jī)成本也相當(dāng)重要。引入充分競(jìng)爭(zhēng)，材料成本可以有效降低。另外一個(gè)成本控制手段就是和供應(yīng)商簽訂長(zhǎng)期協(xié)議。目前，在復(fù)合材料、鈦合金和常規(guī)鋁合金這三大類材料方面，我們都和主流供應(yīng)商簽訂了長(zhǎng)期協(xié)議。可以這么說(shuō)，我們實(shí)現(xiàn)了C919飛機(jī)的材料成本基本可以預(yù)測(cè)，這是民機(jī)制造和管理方面的一個(gè)巨大進(jìn)步。知道了材料成本，我們才能更加有效地進(jìn)行調(diào)控與管理成本。”

提高民機(jī)材料國(guó)產(chǎn)化水平

回首往昔，章駿感慨良多：“研制C919這些年，在民機(jī)材料和標(biāo)準(zhǔn)件領(lǐng)域，我想我的收獲比以前任何時(shí)候都要多。在民機(jī)研制中，由于面臨嚴(yán)格的適航審定要求，我們必須從正向設(shè)計(jì)的角度去考慮每一個(gè)技術(shù)決定，為什么是這個(gè)指標(biāo)，為什么要求這個(gè)指標(biāo)，怎么獲得輸入，怎么評(píng)價(jià)獲得的輸入是安全可靠的。經(jīng)過(guò)C919項(xiàng)目的探索和實(shí)踐，在材料和標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)領(lǐng)域，我們基本通過(guò)了考試。”

如今，隨著C919大型客機(jī)項(xiàng)目的深入發(fā)展，章駿的另外一個(gè)愿望也越來(lái)越強(qiáng)烈，那就是不斷提高民機(jī)材料的國(guó)產(chǎn)化水平——“經(jīng)過(guò)ARJ21和C919兩個(gè)型號(hào)，最大的收獲就是知道了材料標(biāo)準(zhǔn)件該怎么管。接下來(lái)的一件事情就順理成章了，那就是我們?cè)趺磶椭l(fā)展國(guó)產(chǎn)材料和標(biāo)準(zhǔn)件”。（林喆 文/上飛院供圖）

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