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国产新材料助力C919成功首飞
2023年11期 发行日期:2023-06-01
作者:■ 魏坤

  5月28日12点31分,中国东方航空MU9191航班顺利抵达北京首都国际机场,并穿过了象征民航最高礼仪的“水门”,标志着国产大型客机C919全球首次商业载客飞行成功。新材料,或许是C919最大放异彩的地方。

一代飞机,一代材料

  一直以来,航空发展就流传着“一代飞机,一代材料”的说法,形象地概括了采用高性能新材料与提高飞机性能之间的密切联系。一份研究报告显示,C919所使用的主要材料中,铝合金占比达到65%,钛合金占比9.3%,超高强度钢占比6.9%,复合材料占比11.5%。

  大飞机制造中,材料及标准件的技术难度相对较小,在整机中的价值占比在20%以下。C919大型客机在中央翼、机翼、机身等主承力部段上使用了经ARJ21飞机成功验证的铝合金等成熟材料,在尾翼、后机身和襟缝翼上使用了复合材料,在尾翼盒段和后机身前段上使用了国外先进的第三代中模高强碳纤维复合材料,在机身蒙皮和长桁结构中使用了第三代铝锂合金。

首个使用T800的民用机型号

  国内航空企业的复合材料制造技术与国际先进水平差距较大,主要体现在工艺稳定性、质量控制、过程控制等方面。随着中国航空工业的发展,工业制造逐步步入高端制造行业,铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维复合材料等各种新型轻量合金材料涌现,助力C919大飞机的顺利制造。

  国海证券指出,C919大型客机是国内首个使用T800级高强碳纤维复合材料的民用机型号,C919在后机身和平垂尾以及发动机风扇叶片等位置均使用了碳纤维复材,占机身重量的11.5%。此外,发动机采用了18片碳基复合材料制作的风扇叶片。长城证券指出,中国高性能树脂基复合材料技术已取得突破,国产T300级碳纤维已实现了千吨级产业化生产,国产T700级碳纤维实现了百吨级批产。

  相比碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料的力学性能稍低,但由于碳纤维介电常数较高,会影响雷达工作,C919大型客机的雷达罩使用了玻璃纤维复合材料。另外一些受力较小的部件,如襟翼也使用了玻璃纤维复合材料。因为玻璃纤维复合材料成本比碳纤维复合材料低,在受力较小的部件上应用,既可以达到设计要求,又可以降低制造成本。

  C919大型客机舱门和客货舱地板使用了芳纶蜂窝材料,这是一种采用酚醛树脂浸渍的芳纶纸制成的轻质高强非金属仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢设计,具有稳定、轻质的结构和很高的比强度,与泡沫芯材相比,它具有更高的剪切强度,与金属蜂窝相比,它更加耐腐蚀。同时,芳纶蜂窝材料还具有高韧性、良好的抗疲劳性能和防火性能,是一种比较理想的民机复合材料。

  胶粘剂能够和面板、蜂窝芯一起组成蜂窝夹层结构,显著减轻飞机重量,提高疲劳寿命,单架C919的胶粘剂用量为1.06吨,每吨单价约为9.36万元。

  此外,在机体主结构上,设计人员大量使用了世界先进的第三代铝锂合金材料,这在国内尚属首次,大大带动了国内航空材料和制造的发展。铝锂合金具有密度低、强度高且损伤容限性优良等特点,用它替代常规铝合金材料,能够使飞机构件的密度降低3%,重量减少10%~15%,刚度提高 15%~20%,因此被认为是新一代飞机较为理想的结构材料。


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