C919⽤了哪些新材料？
在航空业⼀百多年的发展历程中，材料与飞机⼀直在相互推动下不断发展。从⽊制飞机到⾦属飞机，再到如今复合材料成为民⽤飞机制造商争夺的技术⾼地，每⼀次航空材料的变⾰都会推动飞机制造业技术⽔平的显著提升。“⼀代材料，⼀代飞机”这句话可以说是世界航空发展史的⼀个真实写照。
对于中国民机产业来说也同样如此。据C919⼤型客机总设计师吴光辉介绍，新材料的应⽤是C919的⼀⼤技术亮点。在C919飞机上，我国第⼀次⼤范围使⽤第三代铝锂合⾦，复合材料的应⽤范围涵盖了⽅向舵等次承⼒结构和飞机平尾等主承⼒结构。此外，在C919项⽬的带动下，我国在航空材料领域取得了许多重⼤突破，新材料加⼯⼯艺和基础设施建设也有了质的飞跃。
C919的“选材之道”
作为⼀款全新研制的飞机，C919⼤型客机在结构选材⽅⾯充分考虑了材料的成熟度与先进性，这么做的⽬的⼀⽅⾯是保证C919作为新⼀代窄体客机的竞争优势，另⼀⽅⾯则是考虑飞机未来投⼊航线运营的可靠性和易维修性。经过⼤量试验和严密论证，在C919飞机上，针对主要结构件的不同要求，中国商飞公司分别选取了碳纤维复合材料、第三代铝锂合⾦以及钛合⾦这三种主要的航空新材料。
铝锂合⾦具有密度低、强度⾼且损伤容限性优良等特点，⽤它替代常规铝合⾦材料，能够使飞机构件的
密度降低3%，重量减少10%〜15%，刚度提⾼ 15%〜20%，因此被认为是新⼀代飞机较为理想的结构材料。
C919⼤型客机采⽤的是第三代铝锂合⾦，该材料解决了第⼆代铝锂合⾦的各向异性问题，材料的屈服强度也提⾼了40%。C919飞机的机⾝蒙⽪、长桁、地板梁、座椅滑轨、边界梁、客舱地板⽀撑⽴柱等部件都使⽤了第三代铝锂合⾦，其机体结构重量占⽐达到7.4%，获得综合减重7%的收益，在国际上属于领先⽔平。
⽬前，民⽤飞机上使⽤的复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料，它具有⽐强度⾼、⽐模量⾼、抗疲劳性优良、耐腐蚀等优点。这种材料⽐铝更轻，⽐钢更硬，其密度是铁的1/4，强度却是铁的10倍，化学组成⾮常稳定，不仅有助于减轻飞机重量，还能提⾼飞机的总体性能。因此，在波⾳和空客近年来推出的⼀些新机型中，复合材料的⽤量逐渐增⼤。
考虑到在90000次起降的设计寿命周期⾥，C919要经受许多由温差带来的对飞机机体结构“冷冻热蒸的考验”，其机体结构材料的抗腐蚀、抗疲劳性能显得格外重要。鉴于复合材料的上述优点，中国商飞在C919的设计中也选⽤了复合材料。其应⽤范围涵盖⽅向舵等次承⼒结构和飞机平尾等主承⼒结构，主要包括雷达罩、机翼前后缘、活动翼⾯、翼梢⼩翼、翼⾝整流罩、后机⾝、尾翼等部件，⽤量达到机体结构重量的11.5%。其中，尾翼主盒段和后机⾝前段使⽤了先进的第三代中模⾼强碳纤维复合材料，
主承⼒结构、⾼温区、增压区使⽤复合材料在国内民⽤飞机研制中也属⾸次。更重要的是，通过⼤量的验证试验，中国商飞初步建⽴了具有⾃主知识产权的先进材料和特种材料规范体系、设计许⽤值体系和制造⼯艺规范体系，实现了⾼标准的⽣产过程控制。
制造⼯艺的考验
由于起步较晚，与国际先进⽔平相⽐，我国⽆论在材料基础研究、⼯程化应⽤研究还是⼯业化批⽣产能⼒⽅⾯都存在明显差距。随着C919研制的推进，在项⽬牵引下，这种差距正在快速缩⼩。
C919 ⼤型客机前机⾝⼤部段⾸次采⽤第三代铝锂合⾦材料，作为前机⾝供应商的中航⼯业洪都为此专门建设了⼀个⾯积近20万平⽅⽶的⼤部件装配⼚房，引进了全球第⼆台蒙⽪镜像铣设备。为了能够更好地了解新材料的性能，洪都⽤了近3年时间开展材料性能测试⼯作，先后完成2500多件试验件测试。新材料需要新的加⼯⼯艺与之匹配，洪都在C919⼤型客机前机⾝段研制过程中，先后攻克铝锂合⾦蒙⽪喷丸强化、铝锂合⾦型材滚弯成形制造、蒙⽪镜像铣切加⼯、铝锂合⾦型材热压陷制造、铝锂合⾦蒙⽪喷丸校形等关键技术。2014年5⽉，C919⼤型客机前机⾝⼤部段顺利下线，该部段包括前段客舱、前货舱和再循环风扇舱，包含 1600多项零件，涉及近2000项⼯装。
在复合材料使⽤上，中国商飞公司通过与⾼校开展合作，开辟了⼀条产学研相结合的道路。例如，⼤连理⼯⼤学运载⼯程与⼒学学部承担了C919飞机尾翼、中央复合材料壁板等多个部位的试验项⽬。针
对C919飞机对于⼤型复合材料构件试验需求，⼤连理⼯⼤学进⾏了⼤吨位⼤尺⼨加载系统、承⼒系统和电测系统建设，开展材料级、结构级、部件级三级的⼤飞机复合材料结构破坏机理研究，开发数值分析模型和软件，指导、校正实际试验，形成飞机典型复合材料结构破坏⾏为数据库。为保证从复合材料壁板各环节处获得准确的试验数据，及时处理意外情况，研发团队对飞机壁板上使⽤复合材料后特别需要注意的部位贴上了⼤量应变⽚，实时采集相关数据。通常情况下，⼀块⼤型壁板就需要300〜400
复合材料后特别需要注意的部位贴上了⼤量应变⽚，实时采集相关数据。通常情况下，⼀块⼤型壁板就需要300〜400个通道数据。在C919项⽬中，⼤连理⼯⼤学研制团队共测试了60多块壁板，⼤量的试验数据保证了C919飞机所⽤材料的可靠性。
除此之外，北京航空航天⼤学王华明教授带领的团队，在C919项⽬的推动下，成功研发具有世界领先⽔平的“飞机钛合⾦⼤型复杂整体构件激光成形技术”，使我国成为⽬前世界上唯⼀突破飞机钛合⾦⼤型主承⼒结构件激光增材制造技术并实现装机⼯程应⽤的国家。该团队不仅打印出飞机钛合⾦起落架、主承⼒框等⼤型关键件，还为C919样机制造出钛合⾦主风挡整体窗框，零件成本不⾜20万美元。
C919 项⽬采⽤国际通⾏的“主制造商-供应商”模式，以全球招标的形式引进产业链顶尖供应商，随着项⽬的推进，⽬前已经成⽴了16家相关的合资企业。其中，湖南博云新材料股份有限公司与霍尼韦尔
公司于2012年合资成⽴的霍尼韦尔博云航空系统有限公司攻克了碳/碳复合材料及⾼温合⾦材料的⽣产与制造难题，为 C919飞机提供⾼性能飞机机轮刹车系统。
碳 /碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度、⾼强度、⾼⽐模量、⾼导热性、低膨胀系数、抗热冲击性能好、尺⼨稳定性⾼等优点，是如今在1650℃以上应⽤的少数备选材料，最⾼理论温度达到2600℃。⽤炭/炭复合材料制造的机轮刹车系统，耐⾼温，性能好，使⽤寿命是⾦属材料的2〜4倍，重量却只有1/4。在C919项⽬之前，国内企业⼏乎没有能⼒开展此类材料的研制和⽣产⼯作。在C919项⽬的带动下，研制团队攻克了炭/炭航空制动材料的制备技术，具备了飞机机轮刹车系统的设计、研发、测试、部件制造及系统总装能⼒。
制造装备的升级
在国际民⽤航空配套领域，相关材料制造商都是国际知名的材料研发制造企业。这些企业⼤都具有悠久的民⽤航空配套历史，树⽴了良好的品牌，掌握着材料的关键制造⼯艺和技术。宝钢作为我国重要的钢铁企业，同时也是中国商飞公司的股东，其在C919项⽬中也扮演了重要的⾓⾊。
制造起落架的材料是C919项⽬所需的关键材料之⼀。由于商⽤飞机起降频繁，对飞机起落架所⽤材料的抗冲击性、抗疲劳强度、韧塑性等都有很苛刻的要求。宝钢在C919项⽬中承担了飞机起落架⽤⾼强钢的研制任务。为此，公司在2011年8⽉成⽴了民⽤航空材料领导⼩组及⼯作⼩组，下设产品与技术
、合格供应商认证、商务贸易与服务三⼤团队，全⾯推进各项⼯作任务。通过技术攻关，宝钢成功研制出C919起落架所需要的TC4、TC18、TA15等４⼤牌号的⼤型钛合⾦棒材、等温锻件。在C919项⽬的带动下，我国航空材料研制实现了重⼤飞跃。
借家⼤⼒发展航空业的东风，C919项⽬启动之后，宝钢投⼊⼤量资⾦进⾏技术改造，先后引进⼗余台（套）⼤型真空感应熔炼炉、真空⾃耗熔炼炉等装备；建成由500吨⾄1万吨多台压机组成的等温模锻⽣产线；引进4000吨级快锻机，启动6000吨级快锻机⽴项⼯作。根据规划，到2020年，宝钢的发展⽬标是在成为中国商飞、中国航发合格供应商的同时，瞄准国际市场，努⼒成为空客、波⾳、罗罗、GE等世界⼀流公司的材料配套供应商。
模锻压机主要⽤于制造航空、航天、核电、⽯化等领域的⾼强度钛/铝合⾦锻件。长期以来，由于缺乏巨型模锻压机的⽀持，我国钛铝合⾦框、梁、轴、臂、杆等模锻件基本依赖国外进⼝。在C919项⽬启动之初，钛合⾦⼤吨位锻制成型是⼀个制约项⽬发展的瓶颈。
为此，位于陕西阎良的三⾓航空科技有限责任公司专门组织科研⼒量，成功研制出我国⾸台4万吨级⼤型模锻液压机，并于2012年成功实现热试车，顺利⽣产出我国⾸个⼤型盘类件产品。该模锻液压机采⽤的是清华⼤学“钢丝预应⼒-剖分坎合”技术设计，最⼤压⼒能够达到5万吨，锻造速度可在0.01〜60mm/s之间调控。⼀年之后，更⼤型的8万吨级模锻液压机在四川德阳中国第⼆重型机械集团投⼊试
⽣产。这是⽬前世界上最⼤的模锻液压机，总⾼42⽶，设备总重2.2万吨。该设备为⽇后我国航空航天领域⾼强度钛/铝合⾦锻件的⽣产奠定了基础。
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