中航工業曲線救國：大飛機的未來在復合材料？

經過多年的籌備和設計，國產C919大型客機終于下線了。

11月2日，在中國商飛公司新建成的總裝制造中心浦東基地廠房內，隨著兩扇帷幕緩緩拉開，一架帶有“商飛藍”和“商飛綠”全新涂裝的新型商用飛機完整地展現在眾人面前，這就是我國自主研制的C919大型客機。

C919大型客機是我國首款按照最新國際適航標準研制的干線民用飛機，于2008年開始研制，基本型混合級布局158座，全經濟艙布局168座、高密度布局174座，標準航程4075公里，增大航程5555公里。后續還可在基本型的基礎上，研制出加長型、縮短型、增程型、貨運型和公務型等系列化產品。

目前，C919大型客機國內外用戶數量為21家，總訂單數達到了517架。

國產大飛機訂單

據了解，C919下線后，還要開展航電、飛控、液壓等各系統試驗、機載系統集成試驗和全機靜力試驗；首架機作為試飛飛機，首飛前需要完成系統調試、試飛試驗設備和儀器安裝等工作，計劃于2016年首飛。

復合材料成為大飛機新寵

研制和發展大型飛機，是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》確定的重大科技專項，也是幾代人的夢想。2014年5月，國家主席習近平蒞臨上海飛機設計研究院考察時強調，大型客機研發和生產制造能力是一個國家航空水平的重要標志，也是一個國家整體實力的重要標志。

大飛機的研發制造離不開材料的支撐。以目前我國自主設計的大型客機C919為例，先進材料首次在國產民機大規模應用，第三代鋁鋰合金材料、先進復合材料在C919機體結構用量分別達到8.8%和12%。

隨著飛機、發動機的一代又一代發展，對航空產品結構重量系數、推重比等提出了更高的要求，這也帶來了對更先進材料的需求不斷攀升。出于對材料高比強度等高性能的要求，復合材料等先進材料獲得了航空界的高度關注。

20世紀80年代，復合材料在飛機上的用量還很少，波音777客機的復合材料用量只有10%，鈦合金用量才8%；如今，波音787客機復合材料占比已經達到了50%，鈦合金達到了15%，在民用飛機領域打破了歷史最高紀錄，跨度之大超乎想象。再以空中客車公司為例，復合材料占飛機結構的比重從A310-300機型的5%，上升到A380的25%，再到A400M的35%，在A350飛機上這一比重高達52%，第一次實現了復合材料的用量超過了金屬材料，被稱為“塑料飛機”。

復合材料具有比強度和比剛度高，力學性能可設計等優點，是大型民用飛機理想的結構材料，可以實現飛機結構減重20%~30%。復合材料優異的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，不僅可以提高飛機結構的使用壽命，降低飛機的維護費用，而且可以增加艙內壓力和空氣濕度，提高乘客的舒適度。復合材料工藝技術的發展為實現民用飛機大部件的整體設計與整體制造提供了可能，使得飛機結構零部件的數量大大減少，提高了飛機的生產效率和可靠性。

可以說，先進復合材料用量占飛機結構總重的多少，在某種程度上已經成為評價該飛機技術先進程度和市場競爭力的重要指標。

復合材料有何優勢？

“一代材料，一代飛機”，不斷創新的材料制造技術對飛機性能的提高起到了至關重要的作用。民用飛機受使用條件和自然環境的制約，對其舒適性、經濟性、環保性和可靠性等方面都有著十分嚴格的要求。復合材料能很好地滿足民用飛機的設計要求，對民機制造業產生了深遠的影響。

提高了民用飛機的經濟性

民用飛機的成本不僅僅是飛機的購買價格，還要考慮油耗、維修成本、壽命等因素。雖然復合材料比鋁合金貴得多，但是它所帶來的經濟效益遠遠超過了它的負面效應。波音787復合材料整體機身省去了所有縱向蒙皮拼接件，減少了1500塊鋁合金板和4~5萬個連接件，使機體結構更加輕盈堅固，節省了油耗和維修成本。B787的場外維修間隔時間從B767的500小時提高到1000小時，維修費用比B777降低了32%，都帶來了可觀的經濟效益。

提高了民用飛機的舒適性

舷窗是大型民用飛機最易產生疲勞損傷的地方之一，復合材料優異的抗疲勞特性為波音787客艙大尺寸舷窗設計提供了可能。波音787的舷窗達到280mm×480mm，比空客A330/A340窗口面積增大78%，使旅客可以擁有更大的視野。

目前大部分飛機的艙內氣壓相當于外界2400m處的壓力，而波音787客艙的氣壓約為大氣1800m高度處的壓力，為旅客提供了更加舒適的旅行享受。波音787艙壓的提高僅僅使機身質量增加了70kg。而如果使用鋁合金機身要達到這一指標，其結構質量將增加1噸。

復合材料結構比鋁合金結構具有更好的耐腐蝕性，使波音787座艙中的濕度高于現有飛機，從而減少旅客因脫水帶來的不適。此外，整體成型的復合材料機身要比用鉚釘連接的鋁合金機身使用更少的緊固件，表面光潔度要好得多，有效地減少了機身表面的湍流噪聲，為旅客提供了一個更安靜的環境。

大飛機國產材料使用率僅占5~6%

大型客機是目前世界上最為復雜、技術含量最高的產品，被譽為“工業之花”。由于民用或商用的大飛機，對可靠性、安全性、經濟性、舒適性等關鍵指標的要求更高，這也對材料工業提出了更高的要求。

然而，中國商飛上海飛機設計研究院副總工章駿日前在出席“2015新材料國際發展趨勢高層論壇”時表示，目前中國的大飛機C919上國產材料使用的比例只有5%~6%。

大飛機供應商

來源：觀察者網

民用飛機和發動機對產品本身有長壽命、高可靠性、成本合理三個要求。建國六十年以來，中國國產材料已經能做到前兩項，即解決了“有無”問題，但沒有解決市場競爭力的問題。在航空鋁合金材料成本是美國、德國人的1倍，在復合材料上相對貴4倍、鈦合金材料貴40%。

飛機的材料采購及加工成本約占到整個飛機造價的20~30%，因此，材料的經濟性是飛機制造商選材的重要原則之一。同時，材料的統計性能水平（飛機設計中的“材料許用值”）也是材料能否裝機的決定性因素。

此外，我國在材料創新方面也存在瓶頸，主要存在于工藝創新方面，工藝能力欠缺容易導致材料性能、合格率、批生產穩定性等各方面上不去。我國制造業的自動化、數字化、智能化水平較國外存在一定差距，人工操作的不穩定性，是影響產品合格率的重要因素之一。因此，減少人為因素的影響，避免各種因素造成的產品質量的波動，提升智能化加工水平，是我們趕超國際先進水平的必經之路。

中航工業曲線助力大飛機

雖然在材料創新方面我們落后于人，但我們已經通過海外并購這樣的“曲線救國”方式來短時間內縮小與飛機強國的材料制造差距，并購既能吸收國外先進技術，又能達到國外的先進材料為我所用的目的。比如，維也納證券交易所上市的中航工業下屬奧地利先進復合材料有限公司（FACC）就是其中翹楚。

2009年12月3日，中航工業旗下中航工業西飛12月3日與FACC公司股東在奧地利維也納完成股權交割。本次收購由中航工業西飛公司和香港AIGL投資基金共同投資的香港未來投資有限公司實施，共收購了FACC公司91.25%的股權，其中中航工業西飛占90%的股比，香港AIGL投資基金占10%的股比。

據了解，中航工業并購的海外企業FACC（中國）有限公司，承擔國產大飛機C919的內飾系統研制生產任務，研發基地確定在江蘇鎮江。內飾系統是C919大型客機的重要系統之一，包括天花板、行李艙、舷窗內襯、廚房及衛生間等設施，對飛機的舒適性、先進性和競爭能力有重要影響。

FACC成立于1989年，是從事研發和制造復合材料部件和系統的專業化公司，主要產品包括航空結構件及系統和航空內飾產品及系統兩大類。公司是空客A380一級供應商；波音B787二級供應商，為波音、空客、龐巴迪、阿萊尼亞、歐直、沃特、薩博、中國商飛等生產飛機結構件和內飾件。

中航工業的盤算是，將中航工業西飛在飛機結構設計方面的能力，與FACC公司在復合材料領域的經驗和研發能力結合起來，形成新的核心能力。

北京航空航天大學經濟管理學院教授任若恩表示，通過學習借鑒FACCAG專業化復合材料的研發和制造工藝，對國產大飛機突破復合材料部件在質量和技術等方面的瓶頸作用明顯。

除了FACC，中航工業還陸續并購了美國Cirrus(西銳)、美國ContinentalMotors(大陸發動機)，美國AlignAerospace(艾聯)，毫無疑問，這些戰略性的布局為大飛機的研發生產提供了強有力的后盾。

責任編輯：Kris

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