我國自主研制的首款新一代噴氣式干線客機C919大型客機于2015年11月2日在中國商飛公司浦東基地廠房內(nèi)正式下線，基本布局與美國的波音 757及法國的空 客A320相 當(dāng)，最大航程能夠達到5  500km。C919大型客機結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，集聚噪音低、更寬敞、骨架強、視野寬、低碳撐、超臨界機翼等特性于一體。
 

C919大型客機結(jié)構(gòu)示意圖

 

   計劃于 2016年上半年首飛，全部測試合格后，C919才會大規(guī)模生產(chǎn)。截 至 11月 2日，訂 購C919大 型客機國內(nèi)外用戶為 21家，總訂單數(shù)量達到了 517架。顯然，C919大客機的研制與生產(chǎn)，會極大地帶動我國鈦合金、鋁合金、復(fù)合材料等材料的發(fā)展。
 

C919大型客機

 

 

   2014年航空材料院士論壇上劉大響院士指出，提高航空發(fā)動機的性能，關(guān)鍵在于發(fā)動機結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新以及新材料、新工藝的發(fā)展。材料和制造技術(shù)對于先進航空發(fā)動機性能、可靠性和推重比提高的貢獻率在50%～60%。由于大量采用復(fù)合材料，C919機 艙 內(nèi) 噪 音 可 望 降 到 60dB以下，飛行阻力減小 5%，油耗降低 15%以上，其氮氧化合物排放要比國際民航組織規(guī)定以及現(xiàn)有飛機的要求低 50%。隨著首款C919大型客機總裝下線，我國對航空鋁材、鈦合金、復(fù)合材料的需求也隨之進入一個高速增長期。
 

C919大型客機

 

 

   C919客機的機體鋁合金材料用量約占材料總量的70%  。當(dāng)今世界各國大飛機結(jié)構(gòu)用鋁合金主要是高強度的2XXX系（2024、2224、2324、2424、2524等）和超高強度的 7X X X系（7075、7475、7050、7150、7055、7085等）。

 

   國家“973計劃”項目--“航空高性能鋁合金材料的基礎(chǔ)研究”項目致力于開發(fā)出滿足我國大飛機等重大工程的高淬透性、高耐蝕性、高耐損傷及高均勻性的鋁合金材料。

 

 

   C919客機實現(xiàn)了比波音B737、空客A320等同類機型減重 5%～10%的戰(zhàn)略目標(biāo)。這主要源于C919客機在機體結(jié)構(gòu)上大規(guī)模應(yīng)用第三代鋁鋰合金等先進材料，鋁鋰合金具有密度低、強度高且損傷容限性等諸多優(yōu)點，被成功應(yīng)用在機身框架、垂直安定面、襟翼翼肋、進氣道唇口、整流罩、油箱、艙門，以及長桁、地板縱梁、橫梁、滑軌等結(jié)構(gòu)件上。

 

   常規(guī)的高性能鋁合金如 2X24、7X49、7085、7055等合金雖然也能夠滿足航空機體材料強度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、耐損傷的要求，但是不如鋁鋰合金輕。盡管鋁鋰合金材料價格比常規(guī)鋁合金材料高很多，但比起復(fù)合材料要低得多，所以C919大客機的價格要遠遠低于波音737等大客機。

 

   但是鋁鋰合金的成分較為復(fù)雜，在成分、工藝和性能控制等方面較難掌握，中航工業(yè)江西洪都航空工業(yè)集團有限責(zé)任公司攻克了鋁鋰合金蒙皮噴丸強化、鋁鋰合金型材滾彎成形制造、蒙皮鏡像銑切加工、鋁鋰合金型材熱壓下陷制造、鋁鋰合金蒙皮噴丸校形等關(guān)鍵技術(shù)。完成了C919前機身和中后機身的研制、加工和裝配生產(chǎn)工作，

 

 

   機體結(jié)構(gòu)輕量化和飛機的“低油耗”是目前航空制造領(lǐng)域的競爭焦點之一。為了降低飛機的質(zhì)量，提升飛機的經(jīng)濟性，C919大型客機廣泛采用鈦合金材料，用量達到9.3%。

 

   鈦 合 金 具 有 密 度 低、比 強 度高、使用溫度范圍寬（-269℃~ 600℃）、耐腐蝕、低阻尼、無磁性可焊、與復(fù)合材料相容性好、輕量化等諸多優(yōu)點。例如，用Ti-6A1-4V合金制造的發(fā)動機風(fēng)扇、壓氣機盤及葉片等，其質(zhì)量比鋼材的可減少30%；用Ti-10V-2Fe-3A1合金制造的零件，比30CrMnSiA鋼的可減少40%左右，

 

   寶鋼致力于提高飛機起落架用高強鋼、鈦合金及大飛機發(fā)動機用材的高抗沖擊性、抗疲勞強度、韌塑性。

 

   西部超導(dǎo)致力于制作航空、航天發(fā)動機的渦輪盤與葉片等結(jié)構(gòu)件鎳基高溫合金。

 

   北航研究出具有國際領(lǐng)先水平的“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”，成功為C919樣機打印出飛機鈦合金起落架、主承力框、主風(fēng)擋整體窗框等大型關(guān)鍵構(gòu)件，

 

 

   與美國波音飛機和歐洲空客一樣，C919在機體蒙皮結(jié)構(gòu)和機翼部位等都大量采用先進復(fù)合材料，使用量約占C919飛機結(jié)構(gòu)質(zhì)量的12%。據(jù)了解，空客公司A380客機的碳纖維 15％，波音B787客機的復(fù)合材料用量達到了50％，最新的空客A350XWB飛機，復(fù)合材料的占結(jié)構(gòu)質(zhì)量的 53％ 采用復(fù)合材料，可以明顯減輕飛機的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高飛機的綜合性能。

 

   飛機上使用的復(fù)合材料主要是碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料，具有比強度高、比模量高、抗疲勞性優(yōu)良、隱身性好、耐腐蝕等一系列優(yōu)點。碳纖維比鋁還要輕，比鋼還要硬，其密度是鐵的1/4，強度是鐵的10倍。

 

   其中，C919客機機艙內(nèi)部將首次啟用我國獨立研制成功并享有完全知識產(chǎn)權(quán)的耐高溫纖維“芳砜綸纖維“制作的椅罩、門簾。芳砜綸不僅具有永久阻燃性，且壽命長、可水洗，使得經(jīng)濟成本大大降低。

 

   碳/碳復(fù)合材料是碳纖維及其織物增強的碳基體復(fù)合材料，具有低密度、高強度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點，最高理論溫度更高達 2  600℃。為加快我國C919客機產(chǎn)業(yè)進程，國內(nèi)大量新材料企業(yè)致力于推動 “大型民用客機關(guān)鍵零部件用T800級、T700/T800級碳纖維“的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化項目中。博云新材料利用炭/炭復(fù)合材料制造的機輪剎車系統(tǒng)耐高溫耐久性好，使用壽命是金屬材料的 2 ～4倍，質(zhì)量只有其 1/4。

 

   中航工業(yè)哈飛主要承擔(dān)機身復(fù)合材料部件的制造，負(fù)責(zé)主起落架艙門工作包、前起落架艙門工作包、翼身整流罩工作包和垂直尾翼工作包（103架起）4個大部件的制造。包括預(yù)浸布、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)門體結(jié)構(gòu)件，內(nèi)部裝有增強的樹脂塊鑲嵌件，使結(jié)構(gòu)具有更高的強度、抗震裂等性能。

責(zé)任編輯：周婭

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