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行业动态

国产飞机为阎良加快发展碳纤维复合材料提供广阔空间

[16-11-25]

 当前,评价一架机先进性的关键指标就是看用多少碳纤维复合材料。自上世纪70年代起,航空材料的复合材料时代已经到来。我国经过最近10多年的努力,也基本掌握了碳纤维复材的研制能力。今后国产飞机将进一步加大复材应用,阎良应抓住这个难得的机遇有所作为。

  复合材料成为飞机先进性的决定性因素

  只要快速浏览一下飞机发展的历史,不难发现,双翼机变成了单翼机、机械式零部件被电子器件代替,螺旋桨飞机演变成了喷气机,这是一部技术成就令人瞠目的发展史。但是在飞机发展的前期,有一件事实一直维持不变,这就是飞机机体、发动机以及数不清的关键零部件都是由全金属材料制造的,而从上世纪70年代起,航空材料的复合材料时代已经到来。产生这个的转型和巨变的首要原因是用航空复合材料替代金属材料可以使飞机减重10至40%,结构成本降低15至30%。显然,减重和降低成本对于以高油价为特征的航空市场、减少排放实现低碳、以及提高航空产品的市场竞争力都是极其重要的。

  复合材料首先出现在军用飞机,特别是要求高推重比以及隐身的战斗机及攻击机上,复合材料一般占其飞机结构的20?50%,其中有些飞机的发动机也用到了复合材料(F/A-18C/D、AV-8BII、B2、F-22、F-35、阵风以及欧洲战斗机等)。但到2010年,空客的军用运输机A400M大量使用了复合材料,其标志是全复合材料机翼,A400M飞机复合材料的总量占飞机空重的35%。

  上世纪70年代末80年代初,民用飞机的雷达罩、机身整流罩、内装饰结构、控制面等开始使用复合材料,用量约占飞机结构重量的1?3%,但随着复合材料工业的成熟以及价格下降,新一代的A320以及后来的B777等的复合材料用量就升至结构重量的10?15%。目前已实现商业运营的A380飞机近乎结构重量的1/4采用了复合材料,一架A380用到的结构复合材料达30吨之多,而B787的复合材料用量占结构重量的50%,其标志是全复合材料机身,以及机翼、短舱及全部内装饰等。

  另外,复合材料革命对飞机维修供应链也有巨大的影响。高复合材料含量的飞机将驱动飞机维修程序发生重大变化。波音公司认为,由于采用主承力复合材料结构,波音787与A380相比,航线检修减少14次,C检两次,4C检一次。此外,波音787的航线维修检的目标间隔是每1000小时一次,比波音777高出400小时。高复合材料的发动机也从更高的可靠性以及更宽松的检验获益。试想一下11年内只有三块GE90的复合材料风扇叶片更换。复合材料维修市场扩大时,航空公司将可以看到其单机总的维修支出下降。

  目前,一度被视作飞机设计理想的、但昂贵的方案的复合材料,由于经济效益已进入成熟期,随着生产成本的继续降低,它越来越被看作最佳财富而不只是最先进的设计用代替材料??梢钥隙ǖ氖墙鹗艋共换崃⒖檀臃苫杓粕舷?,在可预见的未来,它仍将作为发动机零部件及某些飞机结构的主导材料。但是在将来的飞机设计中,金属将作为“例外”而不是作为“常规”存在。在复合材料不充足时将用金属而不是相反。

  我国航空复合材料研制取得长足进展

  据记者调查,我国碳纤维的研制至今已经历30多年的漫长历程,尤其最近十几年来,通过引进消化与自主研发,我国碳纤维行业发展非???,其进步可以概括为“三初”:一是初具规模,二是初上水平,三是初步满足国民经济与社会发展的需要。

  初具规模意味着国产碳纤维的规?;ひ瞪丫晌质?。据专家介绍,高性能碳纤维分为两种,即高强型(T系列)和高模型(M系列),日、美等国可大规模工业化生产T300-T1000系列高强碳纤维产品,以及M30-M65J系列高模碳纤维产品。目前,我国在T300级碳纤维上的工业化生产的全流程关键技术,已基本实现国产化突破,形成了具有高自主知识产权的碳纤维产业化成套技术,产品已经部分替代了进口。

  初上水平意味着我国在型号更加先进的高性能碳纤维的研发和工业化生产上有所突破。目前,我国的小丝束级的碳纤维已经在部分地区和企业内通过了考评,初步实现了产业化,正在开展高水平的产业化生产建设。

  国产碳纤维已经能初步满足需要。高端碳纤维产品及其复合材料的研发是否符合国防科技工业发展的需求,能否不断提高我国国防军工自主保障水平,是衡量碳纤维产业发展水平的重要标志。目前,国产碳纤维已陆续在运载火箭、卫星、大型飞机和战斗机等高端装备得到应用验证。

  随着碳纤维行业进入快速发展期,我国现已培育了江苏恒神、中复神鹰、威海拓展等碳纤维的龙头企业,形成了产业集群效应。虽然,目前我国碳纤维技术与日本还存在不小的差距,因为日本东丽公司的T800早在1984年就生产出来了,但我们不能以简单的时间坐标来判断碳纤维的差距,我国已有了相关的高性能碳纤维,真实差距也就是十几年。

  阎良需抓住国产飞机发展机遇加快复材生产

  今后国产飞机将大幅度提高碳纤维复材的使用比例,阎良需抓住这个难得的历史机遇,在既有的基础上加快发展复材生产,力争使自己成为全国碳纤维复材最大的研制基地。

  今年5月份,中国商飞北研中心常务副主任李东升在欧美同学会举办的第十届“中华学人与21世纪上海发展”研讨会上透露,继C919之后,中国商飞下一个型号的飞机,将增加复合材料的应用,计划达到51%左右。李东升说,复合材料在国产民机机体上使用的比重正越来越大。目前国产新支线飞机ARJ21-700仍以金属材料为主,但大型客机C919则使用了12%的复合材料。下一个型号的飞机,会增加复合材料的应用,计划达到51%,铝合金及铝锂合金比重则下降到20%左右。目前国产飞机完全采用进口复合材料,国产复合材料替代空间很大。

  同时,军用飞机及国外的转包生产方面,碳纤维复合材料在的使用也在不断增加。中航工业西飞公司、中航工业成飞公司都在军用飞机的碳纤维使用方面取得很大进展。中航工业哈飞则抓住国际航空复合材料产业转移的机遇在国际合作上很有成效。它通过与空客的合作,被国家确定为“国防科技工业树脂基复合材料结构制造技术研究应用中心,直升机机身树脂基复合材料构件批生产基地”,是目前中国国内最大的航空复合材料产品生产基地之一。

  阎良现在的复合材料的生产、使用厂家主要集中在中航工业西飞公司和中国航天西安康本材料有限公司。目前,这两家生产、使用的量都并不大。从调研的情况看,今后阎良要进一步发展复合材料需付出更多的努力:一是扶持中国航天西安康本材料有限公司在T800、T1000碳纤维研制方面取得突破;二是帮助中国航天西安康本材料有限公司在T300碳纤维生产方面开拓市场,争取更大的规模效应;三是鼓励中航工业西飞公司多使用国内的碳纤维,尤其与中国航天西安康本材料有限公司开展合作;四是积极与中国商飞协调,争取把大飞机复合材料国产化基地放在西安;五是争取与波音、空客、日本东丽公司多合作,提高自己复合材料的生产、使用水平。

来源:经济参考网


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