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飞机的“这双鞋”可不简单,实现中国造的背后有多难?

   2023-06-30 9530
核心提示:一架飞机冲向蓝天,离不开“脚”上一双能够在高载荷、高温、高冲击条件下正常工作的“鞋子”,这双“鞋子”就是航空轮胎。由于其
一架飞机冲向蓝天,离不开“脚”上一双能够在高载荷、高温、高冲击条件下正常工作的“鞋子”,这双“鞋子”就是航空轮胎。由于其制造技术壁垒极高,航空轮胎一向被视为轮胎制造行业“皇冠上的明珠”。


作为全球轮胎的产销大国,我国航空轮胎却大多依靠进口。材料,是制约我国高端航空轮胎发展的第一步。


日前,在中共中央宣传部举行的“中国这十年”系列主题新闻发布会上,仿生合成橡胶作为重大创新成果位列其中,而该技术的攻关由中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)牵头负责。



记者了解到,凭借深厚技术积累,长春应化所通过多年关键核心技术攻关,目前已实现仿生合成橡胶航空轮胎全流程技术链条贯通。


“我所通过模仿高标号天然橡胶的精细结构,对合成橡胶分子进行端基改性和仿生枝接,攻克其连续聚合工艺,建成了千吨级中试装置,并成功实现开车;建立了数字科学替代传统经验试错的部位胶配方开发范式,成功开发出11组航空轮胎部位材料配方。”长春应化所一位技术负责人介绍说。


航空轮胎之难,还难在设计上,这就需要工业软件来帮忙。航空轮胎需要对高承载、高冲击、低生热、高耐磨等多个矛盾性参数进行综合设计,充分平衡它们之间的性能关系,实现高可靠要求。长春应化所基于等几何原理的底层算法求解策略,开发出完全自主的数字轮胎工业软件,同步实现轮胎结构设计与性能预测,加速了产品制造的迭代进程,形成多个规格型号的航空轮胎产品的并行开发能力。其自主设计建造的模拟真实工况的高加速台架,形成了极端苛刻工况下的航空轮胎场景复现评价能力,所开发的仿生橡胶航空轮胎通过等效工况测试。


航空轮胎要求为啥高?


这是因为飞机的安全起飞以及降落都依靠着飞机轮胎的性能至上,因此飞机轮胎的要求自然就高了,首先就是选材上。


制造飞机轮胎的橡胶材料必须要确保在零下40摄氏度以下,和71摄氏度以上,符合这极低温和高温的严苛条件下,在经过24小时后,性能确定能达到规定指标才行,于是在材料上就是精挑细选,只有达标材料,才能制作出高性能的轮胎。


在这就是对成品轮胎的标准,这些飞机轮胎,所产生的爆破压力都是得高于额定内压4倍以上才行,避免出现爆胎,而飞机在起飞和降落之时,轮胎所产生的静电荷,也需要能够均匀的传到地面,减少对轮胎的影响。


总之一句话,飞机轮胎不仅需要具有高抗冲击的强度,还要很低的生热性,且能够适应各种环境,不对环境温度所造成影响,因此飞机轮胎,本就是一种高技术、高性能的存在。


民航飞机的轮胎要求都这么高了,更不用说战机上的轮胎了,作为军用要求,必然是更高的,属于特种轮胎。


战机的速度大致在2-2.5马赫,可以说现代战机的发展都在追求超音速,而对于高超音速飞行器的研发,世界各国也在研究当中,可见战机的飞行速度是很快的,1马赫是为1225千米每小时,2马赫为2450千米每小时的速度。


普通民航飞机的飞行速度大约是在900公里每小时,就最快的波音747是1120公里每小时,还不到1马赫,可见战机的飞行速度,是我们普通人无法感知的。


如此快的速度,再加上自身的重量,落地时,会产生巨大的作用力,而且也会产生惯性滑翔,这个惯性也是非常大的,再加上轮胎自身的静电荷需要传导出去,可见在这些过程中,无论哪一样,都是对战机轮胎的考验,轮胎要是性能不好,那落地时的瞬间,都有可能导致轮胎爆炸。


然而大家发现没有,汽车常有爆胎事件,可飞机轮胎却几乎不曾发生爆胎事件,由此可见,对于飞机轮胎的要求有多高,同时也意味着这事情不容许发生。



汽车在行驶当中,如果突然发生爆胎,也甚至会引发严重事故,何况飞机呢?虽然飞机轮胎爆了,不会造成空难,可在着陆中碰到,那可也是一个大麻烦。


飞机轮胎一般能够承受500次飞机着陆,然后就需要进行翻新,在翻新大约7次,就“寿终正寝”了,不论是飞机轮胎的原材料、制成的结构、胎压、轮胎上的花纹,都在为飞机轮胎的性能,提供“养料”,就比如说飞机轮胎上的花纹,都是有讲究不的,能够降低轮胎的磨损,且增加使用寿命等。


就是这些,让飞机轮胎性能优越,不容易发生爆胎,要知道飞机是不会携带“备胎”的,毕竟不可能在空中进行更换,所以着陆时,都是飞行员直接跑道着陆,飞机轮胎的强度也在支撑着飞机能够安全着陆。


可是一旦着陆时,轮胎顶不住,出了岔子发生爆胎,这时候飞机就会出现危险状况了,不仅可能会造成飞机其它部位的受损,也可能导致意外的发生,毕竟这冲击力实在十大,因此飞机轮胎有着严格的要求,不然到时损伤的也就越大。


为什么我们造不出这种轮胎?


轮胎原材料是决定轮胎质量最核心的因素,但是如何把十几种材料添加在一起,使其既能发挥各自的特性,又能抱成一团,形成具有超高速、超载荷、耐摩擦、耐撕裂,重量轻、寿命长的原材料呢,配方工程师开启了崎岖坎坷的实验历程。


胎面、袋束、胎体,这些配方要求比较苛刻,所以需要经过反反复复的试验,通过实验数据的对比,最终优选出最合适的最优化的一个配方。


按照最优化的配方加工出来的材料,还需要经历:曲挠、拉伸、磨耗等一系列实验。终于令人满意的航空轮胎,胶料配方被试制出来了。


但是有了最坚韧有力的“肌肉”用什么材料可以为航空轮胎安装一副轻盈健壮的“骨骼”呢?这里需要一种新型的纤维帘线,它具有和普通钢丝相同的强度,但是重量却只有普通钢丝的几分之一,它是制造航空轮胎骨架的最完美的材料了。


航空轮胎做好了,还需要进入数百次的试航实验过程,要进入国际市场还需要经历更多的标准、检验、检测、试航等过程。


作为我国合成橡胶技术的发源地,长春应化所是国内最早、最系统开展合成橡胶研究的单位,诞生了新中国第一块合成橡胶——氯丁橡胶,历史上取得了镍系顺丁橡胶、稀土顺丁橡胶、液体丁二烯橡胶、稀土异戊橡胶等一批代表性创新成果。近年来,长春应化所在新型橡胶材料研发上持续引领我国合成橡胶领域发展,第二代稀土顺丁橡胶产业化技术持续推广并攻关下一代技术……


目前,该所航空轮胎相关科技成果正在广州等地推进落地转化,其衍生的先进技术将外溢到民航轮胎、特种工程轮胎和新能源汽车轮胎为代表的高端轮胎制备中,形成产业聚集效应。


国产航空轮胎前景如何?


之前,该领域长期处于国际轮胎巨头垄断之下。米其林、固特异、普利司通轮胎,分别占有全球市场份额的37%、20%、30%,其余所有品牌仅为13%。在国内航空轮胎市场,国际巨头更是占据95%以上的绝对垄断份额。


作为全球轮胎产销大国,中国轮胎行业在高端航空轮胎领域长期处于“失语”状态,凸显了尴尬的产业竞争力。



如今,国内正在研发航空胎的企业,还有曙光院、森麒麟、玲珑等。


其中,曙光院除了为运20开发了子午胎外,其余主要是非民用斜交航空胎;森麒麟公司已与中国商飞签署了战略合作协议,是中国商飞ARJ21支线客机、C919的唯一本土轮胎供应商的合作伙伴,并与中俄联合大飞机公司签署协议,成为CR929远程宽体客机的潜在供应商;此外,玲珑轮胎也正在开发后轮航空子午胎。开发航空子午线轮胎技术,是三角轮胎“十三五”规划的重要战略内容。


一条国产大飞机子午线航空轮胎正式下线,其不仅为提升我国轮胎工业的国际竞争力,具有重大的战略意义,同时也加速了中国实现自主研发大型民航空客机轮胎冲向云霄的梦想。


虽然我们的航空轮胎还未能走向世界,但凭借各企业十年磨一剑的拼劲,与产品过硬的质量,总有一天,不光是国产飞机会用上国产航空轮胎,世界也会认可我们!让天空映上五星红旗的耀眼光芒!


国产大飞机打破了这些垄断


C919采用的在目前国际上是十分先进的,引用了新一代的超临界机翼这种动力设计技术,巡航气动效率远远超过了现役的同类飞机,采用大比例的金属、复合材料,降低了飞机因为重量所带来的问题,飞机客舱的舒适度也有了显著改善,让乘客在飞机的行进中,有着良好的乘坐感觉,同时,c919的发动机能够降低油耗、噪声、排放等问题。C919是中型短程客机,主要的竞争对手是波音737和空客A320,波音737是美国波音公司研发的中短程双发喷气式客机,空客A320是空客公司制造的双发中短程客机。C919相较于这两种客机,有着全数字权限操纵的优势。C919高12米,机翼长达36米,总长度是38米。还采用了工艺难度较大的四面式风挡。



而且这款飞机的设计又有我国众多高等学府齐心协力、各自分工完成的。清华大学、南京航空航天大学、天津大学、西北工业大学等14所高等学府均为它的研制作出了巨大贡献。像是清华大学主要研究飞机的气动总体、结构强度、航电等方向,南京航空航天大学则对大飞机项目的总体、气动、强度等内容展开了论述工作,承担了140多个项目。


C919大型客机第一次在珠海航展上进行样机的展示,马上就拥有了100架的订单数量,这也说明了C919的成功与市场性。但随着C919的成功,也有很多对于C919不认同的话语甚嚣尘上,他们认为我国造飞机只造了个壳子,是各种部件的组装,飞机里许多重要的部件都是从国外买来的。这当中说法显然是错误的,对于飞机来说,极其关键的一环便是整体设计,整体设计是中国自己设计的,把飞机壳子制造出来,将所有零件精确地放入到壳子里面去,这其中的难度是及其高的,要求的技术十分苛刻。而且,即使是飞机界的两大巨头波音与空客,他们采用的零件也是经过了全球采购,而这一切都是经济全球化的结果。而集成技术在飞机内部的成功,是我国航空技术突破,得能够将所有零件组合在一起、化整为零,这个技术最为重要。并且中国做到的可不仅仅是将所有零件整合到飞机内部里去,要明白这个飞机是中国自主设计的,这是了不起的一点。


文章来源:科技日报,承德军武,车与轮,科学知识
 
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