早在近半個(gè)世紀(jì)之前，中國就在為制造一款大型客機(jī)而努力。歷經(jīng)7年磨礪，首架C919大型客機(jī)于2015年11月2日在中國商飛公司浦東基地廠房?jī)?nèi)正式下線。這不僅標(biāo)志著首架C919大型客機(jī)的機(jī)體大部段對(duì)接成功和機(jī)載系統(tǒng)安裝正式完成，達(dá)到了進(jìn)行地面試驗(yàn)的狀態(tài)，更標(biāo)志著C919大客機(jī)項(xiàng)目研制取得了階段性成果，為下一步首飛奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。按計(jì)劃，C919大型客機(jī)在總裝下線后，將要開展航電、飛控、液壓等各系統(tǒng)試驗(yàn)，完成后還要進(jìn)行機(jī)載系統(tǒng)集成試驗(yàn)和全機(jī)靜力試驗(yàn)[4]。C919大型客機(jī)計(jì)劃于2016年上半年首飛，但真正用于航線仍需一段時(shí)間。專家預(yù)計(jì)，首飛之后將需要2 ～３年的時(shí)間在不同極端環(huán)境內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，如沙漠、高原、寒冷地區(qū)如南北極等，全部測(cè)試合格后，C919才會(huì)大規(guī)模生產(chǎn)。

C919大型客機(jī)

    C919 客機(jī)助推我國哪些材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展？

    作為C919的制造商，中國商飛公司預(yù)測(cè)，其至少可銷售2 000架以上，以每架5 000萬美元測(cè)算，大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將過萬億元。盡管距離真正交付尚需時(shí)日，但對(duì)已提前布局大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的多家公司而言，C919的正式下線，標(biāo)志著萬億級(jí)市場(chǎng)空間即將正式開啟。

    在2014年舉辦的航空材料院士論壇上，劉大響院士指出，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，關(guān)鍵在于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新以及新材料、新工藝的發(fā)展[6]。材料和制造技術(shù)對(duì)于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能、可靠性和推重比提高的貢獻(xiàn)率在50%～60%。由于大量采用復(fù)合材料，C919機(jī)艙內(nèi)噪音可望降到60d B以下，而國外一些同類型飛機(jī)的機(jī)艙噪音約為80d B 。未來的C919客機(jī)與目前運(yùn)營的同級(jí)別飛機(jī)相比，飛行阻力要小5%，油耗要低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(jī)的要求低50%。與國際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，C919大型客機(jī)頗具性價(jià)比，該項(xiàng)目將直接帶動(dòng)我國材料產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

    1. 鋁合金

    鋁合金由于具有低密度、強(qiáng)耐蝕性、高比強(qiáng)度、易導(dǎo)熱、高塑性、易加工成形和低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)，一直是大飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的主要用材[7]。民用大飛機(jī)往往會(huì)搭乘幾百名乘客，為保證乘客的安全，對(duì)材料性能的要求非常高，并且對(duì)材料穩(wěn)定性的要求非常高。在這一方面，航空系統(tǒng)有著非常嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今世界各國大飛機(jī)結(jié)構(gòu)用鋁合金主要是高強(qiáng)度的2XXX系（2024、2224、2324、2424、2524等）和超高強(qiáng)度的7X X X系（7075、7475、7050、7150、7055、7085等）。

    隨著首款C919大型客機(jī)總裝下線，我國對(duì)航空鋁材的需求也隨之進(jìn)入一個(gè)高速增長(zhǎng)期。C919客機(jī)的機(jī)體全部由我國自主設(shè)計(jì)、制造，其中鋁合金材料的用量約占材料總量的70%。由于我國先進(jìn)航空鋁合金產(chǎn)品正處于國產(chǎn)化的初期階段，與國家需求和國際最先進(jìn)水平相比，還有一定差距。尤其是現(xiàn)有航空鋁材的淬透性、耐蝕性、耐損傷性及均勻性不能滿足大飛機(jī)要求，需要提高15%～25%。為打造更安全、壽命更長(zhǎng)、更加節(jié)能降耗的大飛機(jī)，我國啟動(dòng)了國家“973計(jì)劃”——“航空高性能鋁合金材料的基礎(chǔ)研究”。該項(xiàng)目致力于通過尋求新的鋁合金設(shè)計(jì)與制備途徑，解決高綜合性能鋁材發(fā)展的基礎(chǔ)科技難題，滿足我國大飛機(jī)等重大工程對(duì)高淬透性、高耐蝕性、高耐損傷及高均勻性鋁合金材料的需求。該項(xiàng)目共設(shè)置了6個(gè)課題，組織了我國航空鋁合金基礎(chǔ)研究、制備與應(yīng)用的“產(chǎn)、學(xué)、研、用”完整的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。我國圍繞大飛機(jī)用金屬材料的研究，取得了大量成果，申請(qǐng)的專利技術(shù)達(dá)到170多件，其中中南大學(xué)申請(qǐng)的專利數(shù)量占到50%左右。

    此外，C919客機(jī)除了機(jī)身采用鋁鋰合金外，長(zhǎng)桁、地板縱梁、橫梁、滑軌等也都采用了鋁鋰合金。C919使用的第3代鋁鋰合金材料在機(jī)體結(jié)構(gòu)用量達(dá)到8.8%，甚至超過了空客A380的用量。因此，C919客機(jī)實(shí)現(xiàn)了比波音B737、空客A320等同類機(jī)型減重5%～10%的戰(zhàn)略目標(biāo)。雖然鋁鋰合金中的鋰元素只占2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右，但在載荷相同的條件下，比常規(guī)鋁合金的質(zhì)量可減少5%以上。常規(guī)的高性能鋁合金，比如2X24、7X49、7085、7055等在國外的大飛機(jī)上得到了大量應(yīng)用，這些合金也能夠滿足航空機(jī)體材料強(qiáng)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。而且，盡管鋁鋰合金材料價(jià)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(jī)的價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于波音737等大客。

    2. 鈦合金

    鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬（最低使用溫度-269℃，最高使用溫度600℃）、耐腐蝕、低阻尼、無磁性和可焊等諸多優(yōu)點(diǎn)，是航空航天飛行器輕量化和提高綜合性能的最佳用材，其應(yīng)用水平是體現(xiàn)飛行器先進(jìn)程度的一個(gè)重要方面。鈦合金與復(fù)合材料具有很好的相容性，先進(jìn)復(fù)合材料在民用飛機(jī)上用量的逐漸增加，也帶動(dòng)了鈦合金在民用飛機(jī)上的用量不斷增加。在飛機(jī)上，用鈦合金代替鋼和鎳基合金甚至高強(qiáng)度鋼，能夠大大減輕飛機(jī)的自重，降低飛機(jī)的運(yùn)行成本。例如，用Ti-6A1-4V合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)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。油耗多少關(guān)系到飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)服役壽命期的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的優(yōu)劣，機(jī)體結(jié)構(gòu)輕量化和飛機(jī)的“低油耗”是目前航空制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)之一。為了降低飛機(jī)的質(zhì)量，提升飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，C919大型客機(jī)廣泛采用鈦合金材料，用量達(dá)到9.3%。

    3. 復(fù)合材料

    飛機(jī)上使用的復(fù)合材料主要是碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，具有比強(qiáng)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(diǎn)[19]。碳纖維比鋁還要輕，比鋼還要硬，其密度是鐵的1/4，強(qiáng)度是鐵的10倍，化學(xué)組成非常穩(wěn)定。采用復(fù)合材料，可以明顯減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高飛機(jī)的綜合性能。空客公司A380客機(jī)的碳纖維15％，波音B787客機(jī)的復(fù)合材料用量達(dá)到了50％，機(jī)身和機(jī)翼部位都使用了復(fù)合材料，機(jī)體蒙皮結(jié)構(gòu)幾乎全是復(fù)合材料。最新的空客A350XWB飛機(jī)，復(fù)合材料的占結(jié)構(gòu)質(zhì)量的53％。據(jù)了解，與美國波音飛機(jī)和歐洲空客一樣，C919采用大量的先進(jìn)復(fù)合材料，使用量約占C919飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的12%。我國復(fù)合材料技術(shù)的總體研究水平和產(chǎn)業(yè)化水平與發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距，為促進(jìn)我國先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)我國先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)整體研發(fā)能力的提升和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，滿足C919客機(jī)的發(fā)展需要，我國將江蘇航科復(fù)合材料科技有限公司的“大型民用客機(jī)關(guān)鍵零部件用T800級(jí)碳纖維的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大專項(xiàng)。

    從以上可以看出，C919大客機(jī)的研制與生產(chǎn)，極大地帶動(dòng)了我國鈦合金、鋁合金、復(fù)合材料等材料的發(fā)展，使我國在材料領(lǐng)域獲得了很多重要進(jìn)展，基礎(chǔ)設(shè)施如大型設(shè)備得到了初步完善。但是畢竟我國真正大規(guī)模的由國家層面來組織針對(duì)大飛機(jī)材料的基礎(chǔ)研究還只有10年時(shí)間，與國外一些發(fā)展早的國家相比，在材料基礎(chǔ)研究、工程化應(yīng)用研究和工業(yè)化批量生產(chǎn)方面還存在不小的差距[8]。因此，研究研人員需緊抓這一歷史機(jī)遇，努力開發(fā)滿足C919客機(jī)的新材料，加速C919客機(jī)的國產(chǎn)化進(jìn)程。

    另外，C919客機(jī)零部件供應(yīng)則采取全球招標(biāo)的形式，吸引到了包括C F M國際公司、聯(lián)合技術(shù)公司、霍尼韋爾公司等一批歐美頂級(jí)航空制造企業(yè)以及中航工業(yè)旗下諸多專業(yè)制造公司的加入。但是C919采用的很多零部件，國內(nèi)還沒發(fā)展起來，即便國內(nèi)生產(chǎn)的零部件質(zhì)量更優(yōu)，但因?yàn)闆]有認(rèn)證意識(shí)，未通過國際認(rèn)證，C919也無法使用該產(chǎn)品。這也是我們今后需注意的問題。

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