曹春晓 一代材料 一代飞机

李娜

一百多年来，材料与飞机一直在相互推动下不断发展，“一代材料，一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照。中国自主研制的首款新一代喷气式干线客机C919在上海总装下线，向全球公开亮相，也让为之成功提供多种金属材料的有色行业守望者们备感振奋。

C919中的有色元素

中国科学院院士、北京航空材料研究院研究员曹春晓是参与我国大飞机方案论证的19名专家之一，也是中国商飞的重要专家顾问。他认为，我国首架C919大飞机下线具有里程碑式的重要意义，是2016年试航的重要时间节点，标志着我国航空工业迈上了一个新的高度，也標志着我国高端制造工业迈上了崭新的台阶，航空强国的梦想又前进了一大步。C919大飞机下线这个阶段性成果说明航空人及各行各业倾力科研、倾力支持的巨大努力富有成效，为大飞机提供多种金属材料的有色行业更是功不可没。

没有材料做不成飞机，发展大飞机，材料必须先行，发展飞机材料会带动其他行业的发展。曹春晓说：“航空材料的研发不仅需要航空系统，更需要有色、冶金等系统搞材料的单位共同参与。”

已故两院院士师昌绪先生在2007年6月18日“大飞机与新材料”的高层次沙龙上提出材料界要加快大飞机材料的开发。他说：“没有材料是做不成飞机的，材料占飞机质量的69%，发展大飞机，材料要先行，而发展飞机材料本身也会带动其他行业的发展，我们要借这次沙龙活动为支持国家大飞机的发展做一些探讨，出一些预研课题。”

C919大飞机从2007年立项起步实施以来，铝合金、铝锂合金、镁合金、钛合金、碳纤维复合材料等的研制与推进跃上了一个全新的台阶。举全国之力，聚全球之智，打造民机产业共同体的大飞机行动在产业互动中进行。

曹春晓说，“一代材料，一代飞机”是航空工业发展的生动写照。“从1903年莱特兄弟驾驶的第一架飞机是用木头和布做成的到金属材料成为机体航空材料的主流。从铝合金为主到钛合金已成为飞机的主要材料，每一次材料的交替与更新都是飞机发展的一次革命。我国大飞机专项的关键技术包括发动机、材料和电子设备等三项。其实，发动机和电子设备的发展基础依然是材料，即高温合金材料和电子、微电子材料等，凸显航空材料在飞机、发动机发展中的关键作用。如今，复合材料在飞机、发动机结构材料家族中成为一位新成员，这就是碳纤维。碳纤维比铝还要轻，比钢还要硬，其比重是铁的四分之一，强度是铁的十倍，化学组成非常稳定，具有高抗腐蚀性，适用于航空和航天飞行器。”

C919大型客机是建设创新型国家的标志性工程，具有完全自主知识产权。曹春晓说大飞机使用的航空材料也是另一个需要重点突破的方向。目前，美国波音和欧洲空客已经使用先进复合材料作为航材，中国现在造大飞机也是如此。据了解，C919将采用大量的先进复合材料、先进的铝锂合金等，其中复合材料使用量达到20%。由于大量采用复合材料，较国外一些同类型飞机80分贝的机舱噪音，C919机舱内噪音可望降到60分贝以下。先进材料首次在国产民机中大规模应用。第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919机体结构用量分别达到8.8%和12%。由此可见，随着我国航空工业的发展，各行各业相互融合，军民共建，工业制造逐步步入高端制造行业，铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维复合材料等各种新型轻量合金材料的涌现，在交相辉映中自然助力C919大飞机的顺利制造。

为C919穿上漂亮“衣裳”

C919的“颜值”相当高，视觉冲击力很强。C919到底穿了件什么样的衣裳会这么漂亮？曹春晓院士介绍，C919是目前采用先进金属材料最多的一种机型，所采用的全部是世界上最好的铝合金。

作为我国首次自主生产的大型客机，材料的选择直接决定了其自身的特点。C919的“机壳”全部由我国自主设计、制造。“机壳”中铝合金材料约占材料总重量的70%。为了减轻自重、降低油耗，飞机的重量会精确到克，C919实现比B737、A320等同类机型轻5%～10%的目标，这得益于铝锂合金。锂元素虽然只占铝合金重量的2%左右，但在同等承载条件下，比常规铝合金减轻重量5%以上。

“铝合金材料既要高强度，又要高韧性，还要抗疲劳、耐损伤、耐腐蚀，这是一个非常复杂的矛盾统一。”曹春晓说。

目前，国内围绕大飞机金属材料的研究已经获得了大约200多项专利，比如强度和韧性、耐腐蚀常常是矛盾的，要同时达到，并且让它们保持稳定，就要不断研究，这就是金属材料的魅力所在。C919所采用的机翼，是中国人首次自主研制，也是世界民航领域目前流行的先进设计，它有一个很酷的名字，叫做超临界机翼。这种机翼采用的也是铝锂合金材料，它可以使飞机更加轻巧，在音速范围以内实现尽可能快的飞行。

国产C919不是波音787复制品

在一些人眼里，国产大飞机C919与美国的波音787客机有不少相似之处。然而曹春晓院士指出：“我们并没有完全走波音787的道路，而是在设计上体现了自己的思路。”

在飞机的制造过程中，都需要采用一些特别的材料来减轻机身重量。例如，波音787就运用了约50%的复合材料来实现轻量化。但是，目前我国在复合材料的研发、生产方面尚不够成熟，因此转而采用铝锂合金和少量钛合金来弥补复合材料占比少的不足。

铝锂合金是一种较为复杂的材料，在成分、工艺和性能控制等方面较难掌握。因此，美国生产的飞机很少用到这种材料。为了将铝锂合金较好地应用在机身上，我国科研人员在设计方面花了不少心思，做了大量性能测试等方面的工作。

“可以说，通过研发、制造C919大飞机，我们在应用技术方面积累了很多经验。同时，也在国外已有的技术基础上，取得了一些创新成就。”曹春晓说。

同时，曹春晓也指出，国产航空材料还面临着很多有待攻关的地方。目前，C919大飞机只是“下线”了，要真正实现上天，还有许多关键性的问题须经过实验的确认。