復(fù)合材料占比11.5%！C919撬動的“萬億元市場”是否有你一席之地？

作為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”的大飛機(jī)項(xiàng)目，是一個國家科技水平、制造能力、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和綜合國力的集中體現(xiàn)，是衡量一國制造業(yè)先進(jìn)水平的制高點(diǎn)。

5月28日12點(diǎn)31分，中國東方航空MU9191航班順利抵達(dá)北京首都國際機(jī)場，之后穿過了象征民航最高禮儀的“水門”。國產(chǎn)大型客機(jī)C919全球首次商業(yè)載客飛行成功。

作為我國首次按照國際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī)，“大國重器”C919上都有哪些高科技？有哪些新材料？

(資料圖片)

先進(jìn)材料加持，C919整體減重7%左右

一直以來，航空發(fā)展就流傳著“一代飛機(jī)，一代材料”的說法，形象地概括了采用高性能新材料與提高飛機(jī)性能之間的密切聯(lián)系。研究報告顯示，C919所使用的主要材料中，鋁合金占比達(dá)到65%，鈦合金占比9.3%，超高強(qiáng)度鋼占比6.9%，復(fù)合材料占比11.5%。

根據(jù)介紹，由于大規(guī)模采用先進(jìn)材料，C919整體減重7%左右。對于國產(chǎn)客機(jī)的研制，關(guān)鍵之一就是要提高先進(jìn)材料的應(yīng)用水平，而復(fù)合材料用量是判斷民用客機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。因此，C919被認(rèn)為“在我國材料領(lǐng)域具有里程碑式的意義”。

1、第三代鋁鋰合金

鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高且損傷容限性優(yōu)良等特點(diǎn)，用它替代常規(guī)鋁合金材料，能夠使飛機(jī)構(gòu)件的密度降低3%，重量減少10%-15%，剛度提高15%-20%，因此被認(rèn)為是新一代飛機(jī)較為理想的結(jié)構(gòu)材料。

C919大型客機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全由中國商飛自主完成，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全國產(chǎn)化。在機(jī)體主結(jié)構(gòu)上，設(shè)計(jì)人員大量使用了世界先進(jìn)的第三代鋁鋰合金材料，這在國內(nèi)尚屬首次，大大帶動了國內(nèi)航空材料和制造的發(fā)展。

2、T800級碳纖維復(fù)合材料

C919大型客機(jī)是國內(nèi)首個使用T800級高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的民機(jī)型號。相比T300級材料，T800級材料強(qiáng)度、模量更高，韌性更強(qiáng)，具備更好的抗沖擊性，C919上受力較大的部件，如后機(jī)身和平垂尾等都使用了T800級碳纖維復(fù)合材料。

T300屬于第一代民機(jī)復(fù)合材料，其樹脂基體為未增韌的脆性環(huán)氧樹脂基體，增強(qiáng)纖維為T300碳纖維，其拉伸強(qiáng)度約為3.5GPa，拉伸模量約為230GPa。T300呈現(xiàn)脆性材料性能特征，對沖擊載荷引起的分層損傷比較敏感，因此只能用于受力不大的次承力結(jié)構(gòu)。C919上使用的T800材料采用增韌環(huán)氧樹脂基體，增強(qiáng)纖維為T800碳纖維，拉伸強(qiáng)度和拉伸模量較T300提高50%左右，也是目前國際上民機(jī)主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的復(fù)合材料。

3、玻璃纖維復(fù)合材料

相比碳纖維復(fù)合材料，玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能稍低，但由于碳纖維介電常數(shù)較高，會影響雷達(dá)工作，C919大型客機(jī)的雷達(dá)罩使用了玻璃纖維復(fù)合材料。此外，一些受力較小的部件，如襟翼也使用了玻璃纖維復(fù)合材料。因?yàn)椴ＡЮw維復(fù)合材料成本比碳纖維復(fù)合材料低，在受力較小的部件上應(yīng)用，既可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，又可以降低制造成本。

4、芳綸蜂窩材料

C919大型客機(jī)艙門和客貨艙地板使用了芳綸蜂窩材料，這是一種采用酚醛樹脂浸漬的芳綸紙制成的輕質(zhì)高強(qiáng)非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設(shè)計(jì)，具有穩(wěn)定、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)和很高的比強(qiáng)度，與泡沫芯材相比，它具有更高的剪切強(qiáng)度，與金屬蜂窩相比，它更加耐腐蝕。

同時，芳綸蜂窩材料還具有高韌性、良好的抗疲勞性能和防火性能，是一種比較理想的民機(jī)復(fù)合材料。

5、碳纖維復(fù)材及陶瓷基復(fù)材

航空發(fā)動機(jī)作為“航空之花”，可以說是航空技術(shù)和工業(yè)積累的完整體驗(yàn)。C919的發(fā)動機(jī)為LEAP-X1C發(fā)動機(jī)。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片以及美國通用電氣公司研制的陶瓷基復(fù)合材料渦輪部件。

6、芳砜綸纖維

芳砜綸簡稱PSA纖維，由聚砜酰胺組成。其主要特點(diǎn)是優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性，此外，阻燃性高,極限氧指數(shù)超過30%，耐化學(xué)穩(wěn)定性好，除了幾種極性很強(qiáng)的溶劑和濃硫酸之外，在常溫下對化學(xué)品均具有良好的穩(wěn)定性。芳砜綸不僅可以制作多種耐高溫濾材和高溫高壓電器中的絕緣材料，而且還可加工成運(yùn)輸工具中的高級阻燃織物等。

據(jù)悉，C919機(jī)艙內(nèi)部首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾，將使得飛機(jī)減重30公斤以上，每架飛機(jī)能夠節(jié)省超萬元成本。

7、橡膠化合物

其實(shí)飛機(jī)輪胎所使用的材料與汽車輪胎基本相同，主要區(qū)別則來自飛機(jī)輪胎采用了更高強(qiáng)度的橡膠化合物，以至于飛機(jī)輪胎能被充氣到200磅/平方英寸的氣壓，這相當(dāng)于汽車輪胎氣壓的6倍，C919使用的就是來自米其林的Air X子午線輪胎。

據(jù)了解，C919大型客機(jī)在中央翼、機(jī)翼、機(jī)身等主承力部段上使用了經(jīng)ARJ21飛機(jī)成功驗(yàn)證的鋁合金等成熟材料，在尾翼、后機(jī)身和襟縫翼等部位使用了復(fù)合材料，在尾翼盒段和后機(jī)身前段上使用了國外先進(jìn)的第三代中模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料，在機(jī)身蒙皮和長桁結(jié)構(gòu)中使用了第三代鋁鋰合金。

其中，鋁合金國內(nèi)供應(yīng)商主要為中國鋁業(yè)、南山鋁業(yè)；鈦合金產(chǎn)品主要供應(yīng)商有寶鈦股份、西部超導(dǎo)、西部材料；高強(qiáng)度鋼供應(yīng)商以寶鋼股份、撫順特鋼為代表；復(fù)合材料供應(yīng)商主要為中航高科、中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、恒神股份、楚江新材。

從0到1，撬動產(chǎn)業(yè)鏈萬億市場

C919商業(yè)首航圓滿成功，標(biāo)志著國產(chǎn)大飛機(jī)從0到1的歷史性突破。據(jù)上海市科委發(fā)布的《2022上海科技進(jìn)步報告》顯示，截至2022年底，C919累計(jì)獲得32家客戶、1035架訂單。2023年4月27日，海航航空集團(tuán)與中國商飛公司在上海簽署百架飛機(jī)采購協(xié)議，其中包括60架C919飛機(jī)確認(rèn)訂單。

C919投入運(yùn)營也將在一定程度上拉動飛機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。同濟(jì)大學(xué)航空與力學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師沈海軍認(rèn)為，C919投入運(yùn)營后，主要受益對象為原材料生產(chǎn)商、機(jī)體制造企業(yè)、零部件生產(chǎn)企業(yè)、機(jī)載系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)。

目前，C919所有材料和標(biāo)準(zhǔn)件均滿足適航審定要求，獲得的大量有效數(shù)據(jù)不僅建立了復(fù)合材料規(guī)范體系和設(shè)計(jì)許用值、第三代鋁鋰合金材料規(guī)范體系和制造工藝規(guī)范體系，也為將來先進(jìn)材料在國內(nèi)民機(jī)產(chǎn)業(yè)的廣泛使用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著國內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平不斷提升，大飛機(jī)的國產(chǎn)化水平將持續(xù)提升，大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈帶動制造業(yè)水平整體向高端化奮進(jìn)，其高附加值的特性會慢慢展現(xiàn)。圍繞C919的商用及量產(chǎn)，大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈整體孕育萬億元空間。

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