早在近半個世紀之前，中國就在為制造一款大型客機而努力。歷經(jīng)7年磨礪，首架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。這不僅標志著首架C919大型客機的機體大部段對接成功和機載系統(tǒng)安裝正式完成，達到了進行地面試驗的狀態(tài)，更標志著C919大客機項目研制取得了階段性成果，為下一步首飛奠定了堅實基礎。按計劃，C919大型客機在總裝下線后，將要開展航電、飛控、液壓等各系統(tǒng)試驗，完成后還要進行機載系統(tǒng)集成試驗和全機靜力試驗[4]。C919大型客機計劃于2016年上半年首飛，但真正用于航線仍需一段時間。專家預計，首飛之后將需要2 ～３年的時間在不同極端環(huán)境內(nèi)進行測試，如沙漠、高原、寒冷地區(qū)如南北極等，全部測試合格后，C919才會大規(guī)模生產(chǎn)。

C919大型客機

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

    作為C919的制造商，中國商飛公司預測，其至少可銷售2 000架以上，以每架5 000萬美元測算，大飛機產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將過萬億元。盡管距離真正交付尚需時日，但對已提前布局大飛機產(chǎn)業(yè)鏈的多家公司而言，C919的正式下線，標志著萬億級市場空間即將正式開啟。

    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)動機的性能，關鍵在于發(fā)動機結構的創(chuàng)新以及新材料、新工藝的發(fā)展[6]。材料和制造技術對于先進航空發(fā)動機性能、可靠性和推重比提高的貢獻率在50%～60%。由于大量采用復合材料，C919機艙內(nèi)噪音可望降到60d B以下，而國外一些同類型飛機的機艙噪音約為80d B 。未來的C919客機與目前運營的同級別飛機相比，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)有飛機的要求低50%。與國際競爭對手相比，C919大型客機頗具性價比，該項目將直接帶動我國材料產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

    1. 鋁合金

    鋁合金由于具有低密度、強耐蝕性、高比強度、易導熱、高塑性、易加工成形和低成本等一系列優(yōu)點，一直是大飛機機體結構的主要用材[7]。民用大飛機往往會搭乘幾百名乘客，為保證乘客的安全，對材料性能的要求非常高，并且對材料穩(wěn)定性的要求非常高。在這一方面，航空系統(tǒng)有著非常嚴苛的標準。當今世界各國大飛機結構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）。

    隨著首款C919大型客機總裝下線，我國對航空鋁材的需求也隨之進入一個高速增長期。C919客機的機體全部由我國自主設計、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要求，需要提高15%～25%。為打造更安全、壽命更長、更加節(jié)能降耗的大飛機，我國啟動了國家“973計劃”——“航空高性能鋁合金材料的基礎研究”。該項目致力于通過尋求新的鋁合金設計與制備途徑，解決高綜合性能鋁材發(fā)展的基礎科技難題，滿足我國大飛機等重大工程對高淬透性、高耐蝕性、高耐損傷及高均勻性鋁合金材料的需求。該項目共設置了6個課題，組織了我國航空鋁合金基礎研究、制備與應用的“產(chǎn)、學、研、用”完整的創(chuàng)新團隊。我國圍繞大飛機用金屬材料的研究，取得了大量成果，申請的專利技術達到170多件，其中中南大學申請的專利數(shù)量占到50%左右。

    此外，C919客機除了機身采用鋁鋰合金外，長桁、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體結構用量達到8.8%，甚至超過了空客A380的用量。因此，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。雖然鋁鋰合金中的鋰元素只占2%（質(zhì)量分數(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等在國外的大飛機上得到了大量應用，這些合金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。而且，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。

    2. 鈦合金

    鈦合金具有密度低、比強度高、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，是航空航天飛行器輕量化和提高綜合性能的最佳用材，其應用水平是體現(xiàn)飛行器先進程度的一個重要方面。鈦合金與復合材料具有很好的相容性，先進復合材料在民用飛機上用量的逐漸增加，也帶動了鈦合金在民用飛機上的用量不斷增加。在飛機上，用鈦合金代替鋼和鎳基合金甚至高強度鋼，能夠大大減輕飛機的自重，降低飛機的運行成本。例如，用Ti-6A1-4V合金制造的發(fā)動機風扇、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。油耗多少關系到飛機及其發(fā)動機服役壽命期的經(jīng)濟性和環(huán)保性的優(yōu)劣，機體結構輕量化和飛機的“低油耗”是目前航空制造領域的競爭焦點之一。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%。

    3. 復合材料

    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，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[19]。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，化學組成非常穩(wěn)定。采用復合材料，可以明顯減輕飛機的結構質(zhì)量，提高飛機的綜合性能。空客公司A380客機的碳纖維15％，波音B787客機的復合材料用量達到了50％，機身和機翼部位都使用了復合材料，機體蒙皮結構幾乎全是復合材料。最新的空客A350XWB飛機，復合材料的占結構質(zhì)量的53％。據(jù)了解，與美國波音飛機和歐洲空客一樣，C919采用大量的先進復合材料，使用量約占C919飛機結構質(zhì)量的12%。我國復合材料技術的總體研究水平和產(chǎn)業(yè)化水平與發(fā)達國家相比還有較大的差距，為促進我國先進復合材料技術進步，推動我國先進復合材料技術整體研發(fā)能力的提升和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，滿足C919客機的發(fā)展需要，我國將江蘇航科復合材料科技有限公司的“大型民用客機關鍵零部件用T800級碳纖維的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化項目”列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大專項。

    從以上可以看出，C919大客機的研制與生產(chǎn)，極大地帶動了我國鈦合金、鋁合金、復合材料等材料的發(fā)展，使我國在材料領域獲得了很多重要進展，基礎設施如大型設備得到了初步完善。但是畢竟我國真正大規(guī)模的由國家層面來組織針對大飛機材料的基礎研究還只有10年時間，與國外一些發(fā)展早的國家相比，在材料基礎研究、工程化應用研究和工業(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遇，努力開發(fā)滿足C919客機的新材料，加速C919客機的國產(chǎn)化進程。

    另外，C919客機零部件供應則采取全球招標的形式，吸引到了包括C F M國際公司、聯(lián)合技術公司、霍尼韋爾公司等一批歐美頂級航空制造企業(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)，但因為沒有認證意識，未通過國際認證，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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責任編輯：王元

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