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空客和波音面临危机:中国大客机某些材料世界首次应用

2021-11-07 06:45    

12月17日,距离莱特兄弟制造的人类史上第一架飞机“飞行者1号”起飞成功114周年之际,上午10点34分,上海浦东机场,第二架国产大飞机C919 102架机腾空而起,成功实现首飞。

大飞机是航空业的皇冠,代表航空科技发展的最高水平,也是一个国家科技实力和先进程度的象征。因此,从“十一五”开始,大型飞机重大专项就成为党中央、国务院建设创新型国家,提高中国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略决策。可以说,C919复合材料的大量使用,就是党中央重大战略部署的阶段性成果。

复合材料是指由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的材料,各种材料在性能上产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原个别材料,复合材料一般是大自然不会自然合成的材料,因此,其具有了普通材料无法拥有的特性,从而满足装备更为严苛的要求。众所周知,航空业对于材料的要求极端严格,既要材料轻便,又要保证其硬度,还要兼顾柔韧性等等一系列的特性要求,这样的材料是无法从自然界获得的,只能通过人工合成。其实,复合材料听起来“高大上”,其在上个世纪40年代就已经出现,最好的例子就是“玻璃钢”,此后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石墨等各具特色的复合材料。

C919是中国继运-10后自主设计并且研制的第二种国产大型客机;是中国首款按照最新国际适航标准,与美法等国企业合作研制组装的干线民用飞机。C919大型客机后机身前段应用先进的设计理念,广泛采用复合材料和钛合金材料,机后机身前段由4块整体复合材料壁板、1个整体复合材料球面加筋框、6个复合材料C型框等组成,包含近600项零件。

C919身上使用了多种类别的复合材料,具体包括:

1.陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料除了具有重量轻,硬度高的优点以外,还具有优异的耐高温和高温抗腐蚀性能。目前陶瓷基复合材料在承受高温方面已经超过了金属耐热材料,在C919发动机叶片中就使用了这类型材料。

2.碳/碳复合材料

碳/碳复合材料是一种更耐高温的新材料。是世界各大航空大国重点发展的耐高温材料,也是世界先进工业国家竭力追求的最高目标。该材料将碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体,使其具有重量轻、高强度,热稳定和热传导极佳等特性,我国对该项材料的研究已有许多成果,在C919飞机的制造中也被使用。

3.金属基复合材料

金属基复合材料具有良好的韧性,不吸潮,能够耐比较高的温度。由于其具有良好的韧性,被广泛用于制造C919机身机体的密封元件。

在C919的制造中,我国科学家首次提出并验证了‘离位’增韧的新概念及其表面功能化附载的新理论,实现以较低成本大幅度提高复合材料的冲击损伤阻抗和容限的目标,研制成功双马来酰亚胺、聚苯并噁嗪等航空复合材料以供C919使用。

国产大飞机C919大量采用复合材料和新型航空合金并不稀奇,现代航空制造,复合材料是必须选择,是现代高端工业的标志。令人称奇的是,C919使用新型复合材料的比例高于波音和空客,这使得在同样的机体大小下,中国的C919更快速、更省油、更环保,并且在某些复合材料的应用在世界上尚属首次。由此可以看出,我国复合材料与大飞机制造方面的技术都取得了长足的进步,我国航空工业发展又有了新的突破。不久的将来,我国航空工业将会迎来“井喷”式的发展。突破了大飞机制造的中国,结合我国巨大的市场,空客和波音将必须面对破产的危机。(利刃/张阳)

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