100多年的世界航空發(fā)展史真實演繹了“一代材料，一代飛機”這句話。100多年來，飛機的外型、構(gòu)造和材料都發(fā)生了翻天覆地的變化，可以說，航空業(yè)的發(fā)展與機體材料、結(jié)構(gòu)材料、發(fā)動機材料和各類組件材料的創(chuàng)新應(yīng)用密不可分。

隨著我國材料工業(yè)正在由大變強，也隨著我國民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道，航空材料的市場需求規(guī)模巨大，而航空材料國產(chǎn)化也將是大勢所趨。

航空復(fù)合材料市場規(guī)?？捎^

航空材料是航空工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，涉及大量的全球進出口貿(mào)易，由于全球的航空零部件廠商對材料的高需求，亞太、歐洲和北美地區(qū)航空航天材料市場持續(xù)走高，不僅是中國航空材料市場巨大，全球航空航天材料市場規(guī)模預(yù)計到2022年將達到258億美元，2017年至2022年的年復(fù)合增長率為6.9%。此外，據(jù)預(yù)測，到2023年中國航空僅復(fù)合材料市場規(guī)模就將達到282.7億元人民幣。

材料是實現(xiàn)先進飛機高性能、輕量化、高可靠、長壽命、低成本等的重要技術(shù)保障，而且飛機具有用途多、使用環(huán)境多樣、服役環(huán)境苛刻等特點，這些都對先進飛機使用的材料與制造技術(shù)提出很高要求。

基于飛機材料的重要性，世界航空強國對飛機材料的發(fā)展都予以高度重視。航空技術(shù)的進步與發(fā)展，對航空材料的更新起著積極的推動作用。與此同時，新材料的出現(xiàn)、制造工藝與理化測試技術(shù)的進步，又為航空產(chǎn)品的設(shè)計與制造提供了重要的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)，從而不斷推動航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)前，我國產(chǎn)“新舟”系列已交付百架，ARJ21支線客機交付39架，大型干線客機C919正在6機4地密集試飛中，國內(nèi)外訂單達815架，我國民機產(chǎn)業(yè)已步入發(fā)展快車道。

復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用已經(jīng)非常廣泛，在大型客機方面，國際上最有代表性的、最先進的是波音B787和A350，而在國產(chǎn)大飛機C919以及中俄寬體項目CR929上，也將使用大量的復(fù)合材料。

據(jù)中國商飛復(fù)合材料中心典型結(jié)構(gòu)部主任、研發(fā)工程師陳萍透露，國內(nèi)外所研發(fā)的先進金屬材料在國產(chǎn)大飛機C919上都有所應(yīng)用，其中復(fù)合材料在C919上主要用于后機身段，復(fù)合材料用量約為12%；不過未來CR929除了機頭以外，整個機身和機翼尾翼都計劃采用復(fù)合材料，復(fù)合材料用量的目標(biāo)是在50%以上。

她認為，復(fù)材在大型客機的使用上，是從尾翼等次承力結(jié)構(gòu)向機身、機翼主承力結(jié)構(gòu)不斷擴展。

“當(dāng)前，國內(nèi)大型客機復(fù)合材料在國內(nèi)的運用技術(shù)成熟度和生產(chǎn)效率還有待提高，全自動專業(yè)化生產(chǎn)線有待實現(xiàn)，液體成型技術(shù)有待進入生產(chǎn)線正式展開應(yīng)用。未來，高性能、高效率、低成本將會是未來原材料領(lǐng)域主要發(fā)展方向?！?/p>

市場對航空材料要求越來越高

100多年來，人們對飛機的要求是越來越高：旅客要求更安全更舒適、制造商要求成本更低更耐用、航空公司要求運營更經(jīng)濟……其實這些需求與航空材料和制造工藝的創(chuàng)新升級密不可分。

其實要實現(xiàn)上述目標(biāo)，對于民機設(shè)計者來講，就是要做到以下兩條：減重和長壽命設(shè)計。對于材料而言，就是兩點需求：輕質(zhì)、高的耐損傷容限性能。用通俗的話來講，就是飛機要足夠輕，又要足夠耐用。

中國商飛上海飛機設(shè)計研究院型號副主任設(shè)計師、研究員李紅萍表示，針對這兩個設(shè)計目標(biāo)，簡練對應(yīng)到材料上的需求就是飛機要減重一定要用輕質(zhì)的材料；高的損傷容限性能具體到材料，就是要求鍛煉性能一定要好，損傷容限性能要好。

盡管如今新型飛機上復(fù)合材料比例越來越大，金屬材料依然是主體，C919鋁合金還占62%左右，ARJ占72%左右。但是新一代的先進鋁鋰合金也要做到輕質(zhì)，機身上還有大量的高強高韌敏感性這一系列的合金應(yīng)用。事實上，對于航空材料的要求是越來越高。

她結(jié)合商飛的使用現(xiàn)狀以及國外供應(yīng)商的研發(fā)方向，預(yù)估未來5~10年金屬材料主要研發(fā)方向有：適用于機身壁板、梁、機身框等部位應(yīng)用的鋁鋰合金厚板；適用于機身蒙皮用的鋁鋰合金薄板；適用于蒙皮壁板長桁用鋁鋰合金型材；高（中）強高韌耐損傷容限性能的先進鋁合金；高耐損傷容限性能、超高強度的不銹鋼等。

航空材料的國產(chǎn)化是大勢所趨。據(jù)寶武特種冶金有限公司的副總工程師馬天軍介紹，寶武特冶產(chǎn)品包括鈦合金、高溫合金還有超高強度鋼等與航空材料關(guān)聯(lián)度非常大。

中國航發(fā)北京航空材料研究院副總工程師張學(xué)軍表示，在航空領(lǐng)域，對于飛機和發(fā)動機來說，材料要求輕質(zhì)、高強、耐高溫，結(jié)構(gòu)要低缺陷、高穩(wěn)定性，這是航空材料增材制造的特點，也是未來要應(yīng)用，必須要解決的問題。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設(shè)計、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術(shù)。

相對于傳統(tǒng)的、對原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/p>

為實現(xiàn)增材制造可靠的應(yīng)用，張學(xué)軍提出解決辦法，一是通過研究航空飛機和發(fā)動機在組織、缺陷、表面和結(jié)構(gòu)方面的全流程表現(xiàn)和關(guān)鍵技術(shù)，確保航空飛機和發(fā)動機所用的材料和結(jié)構(gòu)可靠性；二要注意解決基礎(chǔ)性問題，提高技術(shù)成熟度；三要制定全流程的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

建立中國民機材料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系

提升航空材料供給水平是先進制造業(yè)發(fā)展和制造強國建設(shè)的重要基礎(chǔ)支撐。近年來，國家先后出臺了一系列新材料領(lǐng)域的重大政策，對全面推動國家新材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級指明了方向，提供了無限發(fā)展空間。

目前，在航空材料領(lǐng)域各方的共同努力下，我國已基本形成比較完整的航空材料研制技術(shù)體系和批量生產(chǎn)能力，具備了主要航空裝備關(guān)鍵材料的供給能力。但是國產(chǎn)材料裝機比例、民用飛機材料生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)質(zhì)量管控和適航審定認知等方面仍然與國際先進水平有較大差距。

中國商飛于2018年10月成立了復(fù)合材料中心，復(fù)材中心是中國商飛的能力中心，也是一個技術(shù)中心，它主要負責(zé)復(fù)材典型結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的產(chǎn)品，從預(yù)研、設(shè)計、工藝、制造、維修的全過程管理及質(zhì)量、進度、成本、適航等全要素管理，負責(zé)商飛復(fù)材技術(shù)體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制，負責(zé)復(fù)材產(chǎn)品供應(yīng)商專業(yè)技術(shù)的輸出和管控等。

2019年1月16日，民用飛機材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟成立。聯(lián)盟是由中國商飛公司依托上飛院，聯(lián)合國內(nèi)民機材料研制單位、設(shè)計單位、檢驗檢測單位、大學(xué)、企業(yè)和政府部門等具有獨立法人資格的機構(gòu)共同建設(shè)。聯(lián)盟面向民機材料產(chǎn)業(yè)，以國家重大戰(zhàn)略為指引，市場為導(dǎo)向，是政產(chǎn)學(xué)研用有效結(jié)合的公益性非法人組織，具有開放性、服務(wù)性、中立性和行業(yè)前瞻性等特征。聯(lián)盟建設(shè)的民機材料體系涵蓋金屬、復(fù)合材料、功能非金屬和標(biāo)準(zhǔn)件四大類。

為推動民機產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展，中國商飛公司堅持“主制造商-供應(yīng)商”發(fā)展模式，最大限度聚集和利用國內(nèi)外資源，打造民機產(chǎn)業(yè)“生命共同體”，舉全國之力，聚全球之智，基本建成了“以中國商飛公司為核心，聯(lián)合中航工業(yè)，輻射全國，面向全球”的中國民機產(chǎn)業(yè)體系。

中國商飛公司作為C919大型客機項目的研制主體，一直致力于依托大型客機項目提升國內(nèi)民機新材料的研用水平，為增強民機材料上中下游企業(yè)的協(xié)調(diào)銜接能力和國際競爭力提供自主創(chuàng)新平臺。以型號需求為牽引，以掌握關(guān)鍵核心技術(shù)為目標(biāo)，推動民用飛機材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展；以適航要求為導(dǎo)向，建立符合適航審定要求的民機材料研制和合格鑒定體系并探索建立中國民機材料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。