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斷供C919發動機？C919電子、飛控和材料也是美國貨，咋辦？

2020-02-19 13:32:14 作者：本網整理來源：觀察者網、科技日報、《大飛機》雜志、網絡資料等分享至：

美國航空制造巨頭波音公司深陷泥潭，而中國國產大飛機C919項目卻在穩步推進，訂單破千、投入運營指日可待。眼紅于此，有美國政客開始拿C919中的“美制發動機”大做文章。15日，《華爾街日報》援引消息人士的話稱，特朗普政府正考慮阻止通用電氣向中國C919客機交付LEAP-1C發動機。報道稱此舉或將導致“兩敗俱傷”，不僅會給C919進入民用航空市場帶來不確定性，還會對通用電氣造成巨大損失。

美國通用電氣與法國賽峰集團（SAFRAN）以各50%的資金比例，合資建立的大型客機發動機生產商CFM國際公司，多年來一直在為中國引進、以及自行研制的客機提供發動機。

C919客機使用的就是CFM提供的LEAP-1C發動機，目前其已經開始試飛，預計在明年投入使用。

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除了發動機，C919電子、飛控和材料也是美國貨，我們需要做好被斷供準備

美國正在討論禁止通用電氣LEAP-1C發動機，對中國C919客機斷供發動機，以打壓中國民用客機工業，此舉引起國內外廣泛關注。外界普遍認為如果此舉實行，美國后續可能還會采取一系列措施打壓C919客機和中國民用客機工業，力圖將中國民用客機工業扼殺在搖籃之中。

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C919客機航空電子系統也來源于美國通用電氣

從相關資料來看，C919客機許多系統和設備來自美國，其中有些還是關鍵系統。例如通用電氣不但提供C919客機發動機，還為C919客機研制航空電子系統。通用電氣和中國航空工業成立了昂際航空電子，昂際航空電子就是C919客機航空電子系統研制廠商，技術就來自通用電氣。C919客機還有一個關鍵系統-飛控系統也來自美國公司，它由霍尼韋爾公司提供，另外美國鋁業也是C919客機材料供應商。如果美國采取全面斷供的做法，將會給C919客機未來發展造成非常不利的影響。

C919客機為何選擇如此眾多國外先進系統和設備？主要原因還是國內廠家技術能力不足。民航客機對于安全性要求極高，配套系統必須獲得相應適航證書才能裝備上民航客機。C919客機在研制的時候要求拿到FAA和EASA適航認證，相應配套系統也要經過這兩個機構認證才能上機，對于國內廠家來說顯然需要一個發展過程。在國產系統成熟此之前C919客機只能選擇國外先進系統和設備。另外從全球化角度來講，一個國家沒有能力、也沒有必要包辦整個產業鏈，民用工業領域尤其如此，所以C919客機研制基于“全球化”思想，就是博眾家之長為我所用，當然過多采用國外系統和設備也容易受制于人。

C919許多系統和設備來源于美國

外界普遍認為美國上來就采取發動機斷供的做法，可能是考慮到其他系統都有替代選項。例如航空電子系統有歐洲泰利斯公司，飛控系統空客或者俄羅斯也可以幫忙。機體材料俄羅斯鋁業也能填補美國鋁業的空白。不過發動機替代選項就比較困難，歐洲沒有類似發動機，俄羅斯PD-14發動機性能與LEAP-1C還有較大差距。當然從根本性上來講，還是要加快國產系統和設備、材料工藝研制和發展，盡早實現配套，擺脫C919客機對于引進技術和設備依賴。

如果美國對C919客機全面斷供，那么表明美國對華打壓和遏制已經達到歇斯底里的程度。用傷敵1000，自損800都不能形容，完全是一種自殘式做法。以C919客機訂單為1000架計算，市場價值上千億美元，通用電氣這些公司將會從其中獲取極高的利潤。此外考慮到飛行員訓練、后勤保障等方面因素，中國民航在引進客機的時候，也會優先這些公司系統和設備。對于這些公司未來發展會起到非常大助力作用。

國產大飛機發展迎來嚴峻時刻

眾所周知，高技術行業是典型“三高”行業，高投入、高風險和高利潤。如果不獲取足夠利潤，高技術行業持續發展就非常困難。此前美國要求進一步打壓華為，美國國防部居然反對就是這個原因，華為是許多美國高技術芯片、軟件企業大客戶，打壓華為也意味著這些公司利潤減少，研發能力下降，不利于美國保持軍事技術優勢。通用電氣就是美國軍用發動機主要研制廠商，所以該公司營收狀況下降也會影響美國軍用發動機研制。當然美國要求不顧一切打壓中國，通用電氣可能也不得不做出妥協和讓步。

C919發動機材料

實際上C919大型客機的發動機來自于CFM國際公司的LEAP-1C發動機。該發動機采用了獨特的、業內首創的全集成推進系統（IPS）。由CFM提供發動機以及由奈賽公司（Nexcelle）開發的短艙和反推裝置組成。這些部件，包括由中航工業提供的吊架，被設計為相互連接的整體系統，具備更好的空氣動力學特性，重量更輕、更易于維護。

LEAP發動機將是第一款配備陶瓷基復合材料(CMC)高壓渦輪葉冠的民用發動機。采用CMC的直接益處便是提高了渦輪前溫度和燃燒熱效率。CMC材料的耐高溫性能意味著對冷卻氣流需求的減少。傳統的渦輪罩環上密布冷卻孔,大量的冷卻氣流被引走對發動機工作循環來說是個不小的負擔。有了CMC材料制成的渦輪罩環，需要的冷卻氣流減少從而增加了工作循環氣流流量。其次，CMC是一種低密度材料，制成的罩環重量只有傳統罩環的三分之一，也不需要很多的支撐結構。CMC材料的熱學性能穩定，對保持渦輪葉尖間隙很有幫助。圖 4為LEAP發動機三維示意圖。

圖 4 LEAP發動機三維示意圖

陶瓷基復合材料（Ceramic matrix composite，簡稱CMC）是以陶瓷材料為基體，以陶瓷、碳或難熔金屬的纖維、晶須、晶片或者顆粒為增強體，通過特定的成型工藝所制備的一類復合材料。陶瓷基復合材料在在航空航天領域，用陶瓷基復合材料制作的導彈的頭錐、火箭的噴管、航天飛機的結構件、絕熱瓦、外部燃料箱等具有良好的效果。圖5為陶瓷基復合材料發動機噴管。

圖5陶瓷基復合材料發動機噴管

回顧·C919用了哪些新材料？

在航空業一百多年的發展歷程中，材料與飛機一直在相互推動下不斷發展。從木制飛機到金屬飛機，再到如今復合材料成為民用飛機制造商爭奪的技術高地，每一次航空材料的變革都會推動飛機制造業技術水平的顯著提升。“一代材料，一代飛機”這句話可以說是世界航空發展史的一個真實寫照。

對于中國民機產業來說也同樣如此。據C919大型客機總設計師吳光輝介紹，新材料的應用是C919的一大技術亮點。在C919飛機上，我國第一次大范圍使用第三代鋁鋰合金，復合材料的應用范圍涵蓋了方向舵等次承力結構和飛機平尾等主承力結構。此外，在C919項目的帶動下，我國在航空材料領域取得了許多重大突破，新材料加工工藝和基礎設施建設也有了質的飛躍。

C919的“選材之道”

作為一款全新研制的飛機，C919大型客機在結構選材方面充分考慮了材料的成熟度與先進性，這么做的目的一方面是保證C919作為新一代窄體客機的競爭優勢，另一方面則是考慮飛機未來投入航線運營的可靠性和易維修性。經過大量試驗和嚴密論證，在C919飛機上，針對主要結構件的不同要求，中國商飛公司分別選取了碳纖維復合材料、第三代鋁鋰合金以及鈦合金這三種主要的航空新材料。

鋁鋰合金具有密度低、強度高且損傷容限性優良等特點，用它替代常規鋁合金材料，能夠使飛機構件的密度降低3%，重量減少10%?15%，剛度提高 15%?20%，因此被認為是新一代飛機較為理想的結構材料。

C919大型客機采用的是第三代鋁鋰合金，該材料解決了第二代鋁鋰合金的各向異性問題，材料的屈服強度也提高了40%。C919飛機的機身蒙皮、長桁、地板梁、座椅滑軌、邊界梁、客艙地板支撐立柱等部件都使用了第三代鋁鋰合金，其機體結構重量占比達到7.4%，獲得綜合減重7%的收益，在國際上屬于領先水平。

目前，民用飛機上使用的復合材料主要是碳纖維增強樹脂基復合材料，它具有比強度高、比模量高、抗疲勞性優良、耐腐蝕等優點。這種材料比鋁更輕，比鋼更硬，其密度是鐵的1/4，強度卻是鐵的10倍，化學組成非常穩定，不僅有助于減輕飛機重量，還能提高飛機的總體性能。因此，在波音和空客近年來推出的一些新機型中，復合材料的用量逐漸增大。

考慮到在90000次起降的設計壽命周期里，C919要經受許多由溫差帶來的對飛機機體結構“冷凍熱蒸的考驗”，其機體結構材料的抗腐蝕、抗疲勞性能顯得格外重要。鑒于復合材料的上述優點，中國商飛在C919的設計中也選用了復合材料。其應用范圍涵蓋方向舵等次承力結構和飛機平尾等主承力結構，主要包括雷達罩、機翼前后緣、活動翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后機身、尾翼等部件，用量達到機體結構重量的11.5%。其中，尾翼主盒段和后機身前段使用了先進的第三代中模高強碳纖維復合材料，主承力結構、高溫區、增壓區使用復合材料在國內民用飛機研制中也屬首次。更重要的是，通過大量的驗證試驗，中國商飛初步建立了具有自主知識產權的先進材料和特種材料規范體系、設計許用值體系和制造工藝規范體系，實現了高標準的生產過程控制。

制造工藝的考驗

由于起步較晚，與國際先進水平相比，我國無論在材料基礎研究、工程化應用研究還是工業化批生產能力方面都存在明顯差距。隨著C919研制的推進，在項目牽引下，這種差距正在快速縮小。

C919 大型客機前機身大部段首次采用第三代鋁鋰合金材料，作為前機身供應商的中航工業洪都為此專門建設了一個面積近20萬平方米的大部件裝配廠房，引進了全球第二臺蒙皮鏡像銑設備。為了能夠更好地了解新材料的性能，洪都用了近3年時間開展材料性能測試工作，先后完成2500多件試驗件測試。新材料需要新的加工工藝與之匹配，洪都在C919大型客機前機身段研制過程中，先后攻克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、鋁鋰合金型材熱壓陷制造、鋁鋰合金蒙皮噴丸校形等關鍵技術。2014年5月，C919大型客機前機身大部段順利下線，該部段包括前段客艙、前貨艙和再循環風扇艙，包含 1600多項零件，涉及近2000項工裝。

在復合材料使用上，中國商飛公司通過與高校開展合作，開辟了一條產學研相結合的道路。例如，大連理工大學運載工程與力學學部承擔了C919飛機尾翼、中央復合材料壁板等多個部位的試驗項目。針對C919飛機對于大型復合材料構件試驗需求，大連理工大學進行了大噸位大尺寸加載系統、承力系統和電測系統建設，開展材料級、結構級、部件級三級的大飛機復合材料結構破壞機理研究，開發數值分析模型和軟件，指導、校正實際試驗，形成飛機典型復合材料結構破壞行為數據庫。為保證從復合材料壁板各環節處獲得準確的試驗數據，及時處理意外情況，研發團隊對飛機壁板上使用復合材料后特別需要注意的部位貼上了大量應變片，實時采集相關數據。通常情況下，一塊大型壁板就需要300?400個通道數據。在C919項目中，大連理工大學研制團隊共測試了60多塊壁板，大量的試驗數據保證了C919飛機所用材料的可靠性。

除此之外，我國目前是世界上唯一突破飛機鈦合金大型主承力結構件激光增材制造技術并實現裝機工程應用的國家。3D打印技術在飛機鈦合金起落架、主承力框等大型關鍵件上得到應用，還為C919樣機制造出鈦合金主風擋整體窗框，零件成本不足20萬美元。

C919 項目采用國際通行的“主制造商-供應商”模式，以全球招標的形式引進產業鏈頂尖供應商，隨著項目的推進，目前已經成立了16家相關的合資企業。其中，湖南博云新材料股份有限公司與霍尼韋爾公司于2012年合資成立的霍尼韋爾博云航空系統有限公司攻克了碳/碳復合材料及高溫合金材料的生產與制造難題，為 C919飛機提供高性能飛機機輪剎車系統。

碳 /碳復合材料是碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料，具有低密度、高強度、高比模量、高導熱性、低膨脹系數、抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等優點，是如今在1650℃以上應用的少數備選材料，最高理論溫度達到2600℃。用碳 /碳復合材料制造的機輪剎車系統，耐高溫，性能好，使用壽命是金屬材料的2?4倍，重量卻只有1/4。在C919項目之前，國內企業幾乎沒有能力開展此類材料的研制和生產工作。在C919項目的帶動下，研制團隊攻克了炭/炭航空制動材料的制備技術，具備了飛機機輪剎車系統的設計、研發、測試、部件制造及系統總裝能力。

制造裝備的升級

在國際民用航空配套領域，相關材料制造商都是國際知名的材料研發制造企業。這些企業大都具有悠久的民用航空配套歷史，樹立了良好的品牌，掌握著材料的關鍵制造工藝和技術。寶鋼作為我國重要的鋼鐵企業，同時也是中國商飛公司的股東，其在C919項目中也扮演了重要的角色。

制造起落架的材料是C919項目所需的關鍵材料之一。由于商用飛機起降頻繁，對飛機起落架所用材料的抗沖擊性、抗疲勞強度、韌塑性等都有很苛刻的要求。寶鋼在C919項目中承擔了飛機起落架用高強鋼的研制任務。為此，公司在2011年8月成立了民用航空材料領導小組及工作小組，下設產品與技術、合格供應商認證、商務貿易與服務三大團隊，全面推進各項工作任務。通過技術攻關，寶鋼成功研制出C919起落架所需要的TC4、TC18、TA15等４大牌號的大型鈦合金棒材、等溫鍛件。在C919項目的帶動下，我國航空材料研制實現了重大飛躍。

借家大力發展航空業的東風，C919項目啟動之后，寶鋼投入大量資金進行技術改造，先后引進十余臺（套）大型真空感應熔煉爐、真空自耗熔煉爐等裝備；建成由500噸至1萬噸多臺壓機組成的等溫模鍛生產線；引進4000噸級快鍛機，啟動6000噸級快鍛機立項工作。根據規劃，到2020年，寶鋼的發展目標是在成為中國商飛、中國航發合格供應商的同時，瞄準國際市場，努力成為空客、波音、羅羅、GE等世界一流公司的材料配套供應商。

模鍛壓機主要用于制造航空、航天、核電、石化等領域的高強度鈦/鋁合金鍛件。長期以來，由于缺乏巨型模鍛壓機的支持，我國鈦鋁合金框、梁、軸、臂、桿等模鍛件基本依賴國外進口。在C919項目啟動之初，鈦合金大噸位鍛制成型是一個制約項目發展的瓶頸。

為此，位于陜西閻良的三角航空科技有限責任公司專門組織科研力量，成功研制出我國首臺4萬噸級大型模鍛液壓機，并于2012年成功實現熱試車，順利生產出我國首個大型盤類件產品。該模鍛液壓機采用的是清華大學“鋼絲預應力-剖分坎合”技術設計，最大壓力能夠達到5萬噸，鍛造速度可在0.01?60mm/s之間調控。一年之后，更大型的8萬噸級模鍛液壓機在四川德陽中國第二重型機械集團投入試生產。這是目前世界上最大的模鍛液壓機，總高42米，設備總重2.2萬噸。該設備為日后我國航空航天領域高強度鈦/鋁合金鍛件的生產奠定了基礎。

什么也不阻擋不了我們發展國產大飛機的決心和步伐

因此，對于中國民用客機工業來說，可能需要做好準備面對美國全面斷供。一方面要求加強與歐洲、俄羅斯技術合作，逐步將美國技術和設備替代，甚至引進客機的時候也要減少美制系統。另外一方面要加大國內技術研發，實現國產化，避免受制于人。

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