【C919身邊人】副總師章駿：闖出民機材料應用的新路子
文章來源：中國商用飛機有限責任公司 發布時間：2018-01-30
民機技術的發展主要表現在以下三個方面：一是航空發動機技術的進步，二是飛機主要系統的進步，三是材料技術的進步。“對于搞飛機的人來說，尤其是搞飛機總體的人來說，經常說一代飛機一代材料。搞材料的人則經常說一代材料一代飛機。這兩種說法有不同的出發點，但不管怎么說，我們都不難看出材料在飛機發展過程中所起的特殊作用。”在接受采訪時，長期從事材料和標準件應用研究，參加過多型飛機的材料選用和材料國產化研究工作的C919大型客機副總設計師章駿首先為記者進行了一次科普。
C919是如何選材的
章駿告訴記者：“從飛機結構材料的發展來說，以金屬材料為代表的飛機，到波音777的時候，我個人認為是發展到了一個頂峰。近年來，復合材料開始興起，它在解決飛機結構輕質化和長壽命問題上有一定優勢。”
C919應該選用哪些材料？相關專家為此進行了多次論證，提出了不同方案。“前期論證時，有一個方案是整機使用大約20%的復合材料，涵蓋中央翼和機翼。隨著型號研制工作的深入，在綜合考慮各方面情況之后，最終確定使用11.5%的復合材料，主要集中在機翼上的活動面，如襟翼、副翼、后機身、平尾和垂尾等。這11.5%的復合材料當中，主要選擇了三大類：T800級碳纖維復合材料、T300級碳纖維復合材料以及玻璃纖維復合材料。我們常說的先進復合材料特指T800級復合材料。在C919大型客機之前，中國航空制造業從未在批產型號中使用過這類材料。”
復合材料既然具有明顯的優點，為什么要降低使用率呢？對此，章駿解釋說：“復合材料確實是一個很不錯的實現飛機結構減重的路徑，但并不代表復合材料可以完全替代金屬材料實現飛機結構輕量化的目標，用什么材料僅僅是手段，最關鍵的是要實現飛機結構輕量化這一核心目標。通過對金屬材料的純化和改進，或者發展新型合金也能實現同樣的減重目標。”
“另外，相比金屬材料，復合材料制造工藝更為復雜，更加難以控制，裝備體系和適航審定方法都要重新建立，成本巨大，周期漫長，需要較長時間的積累和投入。從我國的實際情況出發，復合材料應用應該一步一步來做。”
“2009年前后，鋁鋰合金進入我們的視野。簡單來說，鋁鋰合金的優勢在于添加了鋰元素之后，在材料總體性能提高的同時，密度降低了，因此能有效實現結構減重這一目標。目前，C919使用的鋁鋰合金主要包括兩大類三個牌號，一類是薄板，主要用來制造飛機蒙皮，還有一類叫做型材，主要用來制造長桁和地板支撐結構件。”
在飛機材料的選擇上，中國商飛公司堅持兩條腿走路，在充分運用復合材料的基礎上又加入鋁鋰合金這一新材料，這一做法得到專家評審組的高度肯定。專家組認為，新材料的使用既實現了減重收益，又確保風險可控，走出了國內民機材料應用的一條新路子。
從規范和標準做起
如果把飛機設計研發的全過程比作一個金字塔，那么材料設計在整個環節中，尤其是結構強度設計環節中就處于第一層或第二層的基礎位置。材料設計要通過大量的基礎性研發試驗，為整個結構設計和強度校核給出許用值。
“在C919研發過程中，我們遇到了很大的挑戰。以前，我們在材料方面缺乏一套規范的體系，通過C919這個型號，我們探索建立了自己的材料規范體系。該體系得到國內外主流材料供應商的支持、配合和認同。”章駿如是說。
說起來簡單，實際上，這樣一套完整規范的建立需要大量的試驗驗證來支撐。在章駿看來，材料試驗非常瑣碎，但要求卻十分嚴格。舉個例子，光第一期的復合材料許用值工作就涉及21000多項試驗件的制造和試驗。每個試驗件尺寸的測試值超過20處，可以想象制造的精細程度有多高，試驗件檢測的工作量有多大。而這僅僅是許用值工作的起步階段，后續還有更大的工作量。
供應商產品制造過程控制是另外一項龐大而復雜的工作。目前，材料與標準件專業共有國內外供應商100多家。“在材料供應商管控上，我們采用的模式是多元化，充分競爭，盡可能杜絕唯一供應商，引入充分競爭，一個材料規范下面一定有不只一個合格供應商。我們通過深入產品生產過程控制來保證材料的質量、合理的經濟性以及科學的供貨周期，事實證明這樣的策略還是卓有成效的。”章駿介紹說。
“材料和標準件這個行業，雖然是一個基礎行業，但對于整個飛機供應鏈的合理建立是有幫助的，甚至對控制飛機成本也相當重要。引入充分競爭，材料成本可以有效降低。另外一個成本控制手段就是和供應商簽訂長期協議。目前，在復合材料、鈦合金和常規鋁合金這三大類材料方面，我們都和主流供應商簽訂了長期協議。可以這么說，我們實現了C919飛機的材料成本基本可以預測，這是民機制造和管理方面的一個巨大進步。知道了材料成本，我們才能更加有效地進行調控與管理成本。”
提高民機材料國產化水平
回首往昔，章駿感慨良多：“研制C919這些年，在民機材料和標準件領域，我想我的收獲比以前任何時候都要多。在民機研制中，由于面臨嚴格的適航審定要求，我們必須從正向設計的角度去考慮每一個技術決定，為什么是這個指標，為什么要求這個指標，怎么獲得輸入，怎么評價獲得的輸入是安全可靠的。經過C919項目的探索和實踐，在材料和標準件專業領域，我們基本通過了考試。”
如今，隨著C919大型客機項目的深入發展，章駿的另外一個愿望也越來越強烈，那就是不斷提高民機材料的國產化水平——“經過ARJ21和C919兩個型號，最大的收獲就是知道了材料標準件該怎么管。接下來的一件事情就順理成章了，那就是我們怎么幫助發展國產材料和標準件”。（林喆 文/上飛院供圖）
【責任編輯：李巨堯】
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