The following article is from 候知健 Author 候知健

......C-919 项目对于中国航空工业的基础研究起到了巨大的提升作用。比如在航空材料体系上,中国长期面临着杂而不精的问题。由于长期大量仿制不同国家的航空产品,导致国内各个国家体系的材料牌号都有;加上基础研究匮乏,对于材料基本特性摸得不透的结果,导致很多产品最终成本偏高、但可靠性和性能上限偏低。
比如国内目前使用的航空钛合金牌号至少有 57 个,二十多个来自苏俄,十多个来自美国,十个来自英国,一些来自法国。这里面有很多个牌号的材料其实成分、性能都是近似的;但是由于对材料的基础研究不足,贸然把不同规范下相近牌号合并的结果,可能就是在最大功率等极端条件下,出现部件断裂、猛烈起火等灾难性情况。
这导致有些国产航空产品——比如发动机在研制时,不得不为了只为了一个部件,单独使用一个牌号的钛合金;在产能组织、质量控制、成本优化等诸多方面,付出的代价都特别大。
C-919 项目规划中,就针对这方面的短板进行了针对性规划;通过大量的试验和统计,首次在国内建立起了一套完善的材料标准管理体系。在材料性能规划和选用上,实现了从 " 知其然 " 到 " 知其所以然 " 的突破,并通过 C-919 的供应链体系得到了国际供应商的认可。
有了这个基础,未来中国航空材料体系的发展,将远比现在扎实、顺利、快速,并将惠及到所有类型的产品 ......
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.......... 但在决策理性的角度来说,ARJ21 和 C-919 的做法是完全正确的。由碳纤维和树脂塑料做成的复合材料,远比钢铝钛等传统金属材料更难伺候;它非常容易在制造和使用维护过程中产生缺陷,而缺陷在内部累积扩大、引发断裂等致命结果的破坏过程又非常隐蔽。
传统钢铝钛等材料制造的飞机部件,在断裂之前通常会有肉眼可见的明显变形过程、而且断裂过程往往能坚持一段时间;复合材料部件出事,往往显得非常 " 脆性 ",结构失效会显得毫无征兆、过程非常迅速。

图:波音 -787 机体,黑色为碳纤维复合材料部件

图:波音 -787 机身制造过程,正在将碳纤维束缠绕在旋转模具上

图:波音 -787 机身

图:空客对碳纤维复合材料机翼进行加热固化的大型高压釜
因此在基础能力不够完备的时候,强行应用碳纤维复合材料是不明智的行为。这在国内战斗机发展历史上有过深刻的教训(附注:歼 11B):
该机试图用碳纤维复合材料结构替换原有的金属材料结构,由于原始受力设计(尤其是刚度)、外形特性与碳纤维复合材料本身的特性不匹配,导致新材料结构并不能有效的减轻重量、增加寿命;反而由于层间分离等因素,频繁的出现机体核心结构件开裂故障、甚至断裂进而严重危害飞行安全,最后不得不添加额外的钛合金和铝合金部件进行加固 ......

图:C-929

图:C929 复材前机身攻关全尺寸筒段下线

图:C-929 机身复合材料加工
...... 支持这种规划的底气,不仅来自于 C-919 上已经取得的碳纤维复合材料使用经验;更在于前文所述的材料管理规范体系,它直接深入到了供应商的生产过程,能对整个碳纤维复合材料结构的材料验收、制造工艺、质量检测等诸多环节实施精准、严格的过程控制。
更进一步来说,中国在向高端制造业进军的过程中,最大的内部阻碍,就是由于过程控制不佳导致的产品一致性、稳定性不佳问题。中国有能力造出高性能的部件,但是由于材料和加工制造过程中,经常出现各种原因引发的瑕疵,导致良品率较低、可靠性较低、潜藏隐患较多。越是产品构造特别复杂、精密度要求特别高、本身工作条件还特别苛刻的项目,这些瑕疵带来的后果就越严重 ......
...... 如果 C-929 真正的能达成规划目标,量产碳纤维复合材料 51% 比例的机体、而且可靠性与寿命也能满足预期要求;那就意味着中国航空产业链的整体管理水平实现了脱胎换骨的进步,和美欧在核心竞争力领域的最大一块短板也被填补上了 ......
以上内容,截取自下文:


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