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用自制材料造中国飞机
2010-09-30 15:09:02   作者:许晖    点击:

2006年下半年开始,我国成立了大型飞机方案论证委员会。经过半年左右的讨论后,我们写了最终的报告,同时向国务院的有关领导作了汇报。去年2月26日,温总理主持召开了国务院常务会议,原则批审大型飞机研制应是 ...
2006年下半年开始,我国成立了大型飞机方案论证委员会。经过半年左右的讨论后,我们写了最终的报告,同时向国务院的有关领导作了汇报。去年2月26日,温总理主持召开了国务院常务会议,原则批审大型飞机研制应是重大科技专项正式立项。大飞机项目包括两个内容:一个是大型客机,一个是大型军用运输机。这是件大事:过去大家坐飞机,坐来坐去都是波音、空客,都是外国人造的飞机,现在我们中国人要自己造大飞机了!此事引起了国内外的高度关注,成了一个热点,国外波音公司跟空客公司都非常关注一个潜在竞争者的出现。

  以前我们老是说“一代飞机一代材料”,国务委员兼国防部长曹刚川视察我所在的一航材料院时,强调了一个概念:一代材料一代装备。把“一代材料”放在前面,就是要突出材料的重要性,因为没有好的材料就不可能造出真正好的装备来。

  100多年来,材料与飞机一直在相互推动下不断发展,飞机机体的材料结构经历了四个阶段的发展,正在跨入第五阶段。

  第一阶段是从1903年到1919年,机体采用木、布结构。第二阶段是1920年到1949年,因为木布结构飞机最快飞到每小时两百公里,如果再加大速度,木头跟布就都顶不住了;于是这时产生了金属结构,首先是铝合金和钢。

  第三个阶段从1956年到1969年,飞机材料中增加了钛。钛合金有几个出类拔萃的优点,符合航空发展的需要,所以钛合金在航空上应用越来越多。

  首先,钛合金的比强度很高,即强度与密度的比值很高。其强度接近于钢,但密度比钢小,可以降低飞机重量。第二个优点是它的使用温度比较高,可以达到600℃,而铝合金只有两三百摄氏度。第三个主要优点是抗腐蚀性能特别好。上世纪六十年代,我国沿海一个渔民在打鱼的时候网被什么东西勾住了,后来发现水下面有一架不知何年何月失事的外国军用飞机。捞起来一看,飞机上所有的铝合金和钢都被腐蚀得一塌糊涂了,只有钛合金的零件还是亮亮的。

  第四个阶段是1970年到当前,其特点是增加了复合材料。上世纪七十年代人们研究成功了复合材料,它很轻,比强度特别高,抗腐蚀性能很好。搞飞机设计的人,对于飞机重量不是斤斤计较,而是克克计较,每一克重量能节省下来就是好的。复合材料就能节省很多重量。

  现在刚刚开始转到第五阶段。这个阶段的飞机结构材料还是上述四种,但是各种材料的用量比例发生了变化。在第二到第四个阶段里,铝合金都是称王称霸的,到了第五阶段就是以复合材料为主了。

  基于国内外的发展状况,我对我国大型飞机选材原则提出如下建议:

  首先,与战斗机等较小型的飞机相比,大型飞机对材料的要求必须在更高的层次上,综合评估安全性、经济性、舒适性和环保性。安全性是首当其冲的,这首先取决于材料的技术成熟度。至于经济性,目前飞机制造的成本已经大大降低,但还要考虑全寿命成本,比如维修成本、使用成本等。为什么现在波音787竞争力那么强,空中客车A350买的人比较少?因为波音787承诺燃油的消耗可以比原来要降低20%,其中8%源于大量应用复合材料而显著减轻结构重量。现在大家很注意这个20%,一是因为油很贵,二是供油紧张的时候,即使有钱也很难买。

  至于舒适型,我现在经常坐飞机,飞机座舱的舷窗比较小望出去就不是很舒服,复合材料机身舷窗就可以开得比较大一些,比如复合材料机身的波音787客舱舷窗尺寸就加大了30%。

  第二个原则是我们必须尽可能增加大型运输机与大型客机共用材料的比例,以利于缩短研制周期、节省研制费用,也有利于客机用国产材料通过适航条例。

  第三个原则是必须尽早具备自主供应关键材料的能力,对于大型运输机,因为是军用,其材料只能立足于我们自己制造的材料;大型客运机是民用的,可以进行全球采购材料,这个全球必须包括国内供应商,尤其是关键材料都应该尽早具备自主供应能力。

  最后一个原则是必须重视先进材料,特别是具有中国特色的先进材料的选用。因为材料不先进,设计出来的飞机就不先进。

  中国要有自己设计制造的大飞机,是我国人民特别是几代航空人的梦想和愿望。在大型飞机上用上更多自主研制生产的航空材料,这是我国材料界特别是航材人的梦想和愿望。今天,实现这个梦想和愿望的曙光已经拨云而出,相信我国自主设计制造的大型飞机在不久的将来就会展翅翱翔。

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