大飛機(jī)需要舉全國之力

在5月7日舉行的“領(lǐng)先接觸——民用飛機(jī)制造技術(shù)及裝備高層論壇”上，中航工業(yè)北京航空材料研究院研究員、中國科學(xué)院院士曹春曉作了《一代材料，一代飛機(jī)》的報告。曹春曉曾作為大飛機(jī)項目論證委員會委員參與這個舉世矚目大項目的論證。目前大飛機(jī)上馬兩年多時間，在技術(shù)等方面我們還存在哪些問題？在大飛機(jī)項目的組織創(chuàng)新方面是否在按照既定的模式發(fā)展？5月11日是俗稱大飛機(jī)公司的中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司成立一周年之際，《商務(wù)周刊》就此專訪了曹春曉院士。

《商務(wù)周刊》：作為參與中國大飛機(jī)項目論證的專家之一，您如何看待中國大飛機(jī)項目的組織和管理創(chuàng)新?

曹春曉：我是大飛機(jī)方案論證委員會19個委員之一，去年5月11日參加了中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司的揭牌儀式，見證了這個公司的誕生。

要迅速縮短與國外的差距，我們的組織模式很關(guān)鍵，我認(rèn)為市場化非常重要，可以通過招標(biāo)的方式，集所有可以集合的技術(shù)力量來制造我們大型客機(jī)。一方面要融入市場、融入世界航空產(chǎn)業(yè)鏈中，另一方面也要跟我國區(qū)域性力量融合。同時能上市的都盡量上市，集合社會的資金力量。大家都可以投資。

目前，無論是中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司還是中國航空工業(yè)集團(tuán)公司的管理層，都在思考該如何走市場化這條路的問題。而且在軍機(jī)方面，我也主張軍工工業(yè)跟地方的無形壁壘必須打破，融入地方經(jīng)濟(jì)圈中才有活力。

《商務(wù)周刊》：大飛機(jī)從立項到現(xiàn)在已經(jīng)兩年多了，大飛機(jī)公司成立也一年了，您覺得從目前項目的運作情況看，離您設(shè)想的市場化模式還有多大差距？

曹春曉：總的感覺跟過去相比進(jìn)步還是比較多，領(lǐng)導(dǎo)層的管理理念都有了很大的變化。中國航空工業(yè)集團(tuán)從1999年開始分為第一集團(tuán)和第二集團(tuán)，那時我對這種拆分就不贊同。因為在國內(nèi)搞兩個集團(tuán)，希望通過競爭的辦法來提升能力，實際上也競爭不起來，根本解決不了我們技術(shù)落后的問題。我們要集合力量跟國際上競爭，在自身力量本來就不夠的情況下，拆分就把力量分散了。

關(guān)鍵是，兩個集團(tuán)各搞各的根本談不上競爭，還做了很多重復(fù)的工作。所以將兩個集團(tuán)合在一起是完全正確的。即使下面要分，也不是采用過去的分法，應(yīng)該按照專業(yè)、按照不同的制造系統(tǒng)分，比如發(fā)動機(jī)，國外都有專門生產(chǎn)發(fā)動機(jī)的企業(yè)。現(xiàn)在中航工業(yè)集團(tuán)下屬就成立了包括專門從事發(fā)動機(jī)研制在內(nèi)的10個子公司。

我們看到，波音787發(fā)現(xiàn)自己的模式有些過頭，過于放手交給承制商，后來反過來要往回收。波音公司原來是“風(fēng)險共擔(dān)”，飛機(jī)的設(shè)計工作也讓別人來做，他們自己協(xié)調(diào)，但是協(xié)調(diào)得不夠，最后影響了787的進(jìn)度，現(xiàn)在吸取教訓(xùn)加強(qiáng)了一些控制。我國大飛機(jī)在組織管理方面既要國際合作又要“以我為主”。在走市場化這條路的同時應(yīng)注意發(fā)揮我國具有的“能集中力量辦大事”的特點。

《商務(wù)周刊》：大型客機(jī)從設(shè)計到制造，給我國航空工業(yè)帶來了哪些挑戰(zhàn)？大飛機(jī)項目上馬之前有人總結(jié)了十大技術(shù)難題，目前有哪些進(jìn)展？

曹春曉：這個項目從設(shè)計到制造，我們最大的問題就是經(jīng)驗不足，在技術(shù)上可能會走些彎路。管理上，中國商用飛機(jī)將設(shè)計、總裝、市場營銷、客戶服務(wù)等關(guān)鍵性環(huán)節(jié)都抓在自己手上，制造上靠整個中國航空工業(yè)等共同努力。當(dāng)然，航空材料的研發(fā)不僅需要航空系統(tǒng)，更需要靠冶金系統(tǒng)等搞材料的單位共同參與，就更要靠全國了。

有的專家過去提出的大飛機(jī)發(fā)展方面的十大關(guān)鍵技術(shù)是值得大家重視的，但也應(yīng)看到，實際上這十大關(guān)鍵技術(shù)主要是從飛機(jī)設(shè)計的角度提出的，并沒有包括其他一些主要的關(guān)鍵技術(shù)，我們必須充分關(guān)注和理解溫總理講的這段話：“制造大飛機(jī)不容易，要突破許多關(guān)鍵技術(shù)，特別是發(fā)動機(jī)、材料和電子設(shè)備。”

作為核心部件，發(fā)動機(jī)是至關(guān)重要的。中航工業(yè)發(fā)動機(jī)公司作為供應(yīng)商，承擔(dān)大型客機(jī)發(fā)動機(jī)的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、銷售、維修、服務(wù)、技術(shù)開發(fā)和技術(shù)咨詢等工作。目前來看，我國掌握大飛機(jī)發(fā)動機(jī)的自主研制和生產(chǎn)能力至少需要一定時間。從這個角度來說，我們對用于大型客機(jī)的發(fā)動機(jī)的研發(fā)還需要加快速度。按照規(guī)劃，大型客機(jī)首先要購買國外成熟的發(fā)動機(jī)實現(xiàn)首飛，我們國產(chǎn)發(fā)動機(jī)同步進(jìn)行研制，在適當(dāng)時機(jī)換上中國自主研制的發(fā)動機(jī)。

當(dāng)然，從材料的角度來說，發(fā)動機(jī)面臨的困難更大。高推重比航空發(fā)動機(jī)的成功，70%取決于材料，其中最關(guān)鍵的材料是鎳基高溫合金。因為發(fā)動機(jī)溫度高的時候有1700℃左右，現(xiàn)在鎳基合金的熔點只有1350℃左右，還要靠空心、內(nèi)冷葉片來解決。這樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空心葉片中，有些要做成單晶的，難度很大，弄不好容易報廢。在這一點上，國外的技術(shù)要比我們成熟很多，他們早已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，而我們的合格率比國外低。

機(jī)載系統(tǒng)包括很多電子元件，也是需要我們做很大努力的，但在這方面我不是專家。

《商務(wù)周刊》：作為一位材料學(xué)家，您認(rèn)為在飛機(jī)上采用復(fù)合材料具有哪些優(yōu)點？

曹春曉：我國大型客機(jī)制造的三大關(guān)鍵技術(shù)之一就是材料。目前，飛機(jī)上越來越多的采用復(fù)合材料，比如在波音787上復(fù)合材料的質(zhì)量占50%，空客的雙發(fā)遠(yuǎn)程寬體客機(jī)A350原來采用了37%，但是飛機(jī)的訂單少，競爭不過波音787，所以后來決定重新設(shè)計，改變設(shè)計后空客350在復(fù)合材料的使用上達(dá)到53%，比787還要多一些。因為大量采用復(fù)合材料后，飛機(jī)本身重量減輕了，有利于減少油耗。

關(guān)于復(fù)合材料是否安全的問題，波音與空客還發(fā)生了爭論。之前，空客認(rèn)為波音大量采用復(fù)合材料是不安全的。實際上經(jīng)過證實，這樣做還是安全的。在軍用領(lǐng)域，美國的B2轟炸機(jī)是很能體現(xiàn)他們軍事實力的飛機(jī)，上面就采用了38%的復(fù)合材料。那是他們1980年代就開始設(shè)計的。美國認(rèn)為復(fù)合材料的應(yīng)用是安全的，他們做了很多的實驗和應(yīng)用研究，經(jīng)過大量應(yīng)用的考驗，已經(jīng)進(jìn)入成熟階段。

對金屬材料來說，人們直觀感覺可靠，但實際上也有不可靠的地方。飛機(jī)長期飛行，金屬材料就可能出現(xiàn)“疲勞裂紋”，并且這種裂紋往往很難發(fā)現(xiàn)。材料在反復(fù)受拉力和壓應(yīng)力的作用下，裂紋開始擴(kuò)展，裂紋越來越大，材料就斷了。材料造成的飛機(jī)事故大部分都是由 “疲勞裂紋”引起的。比如1998年發(fā)生的我國民航史上首例大型客機(jī)迫降成功，東航的2173號客機(jī)空中遇險的原因就是飛機(jī)前起落架的銷子斷裂導(dǎo)致起落架收放失效。經(jīng)鑒定后發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)銷子中某種金屬成分含量過高，成分構(gòu)成不合理，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生裂縫。而復(fù)合材料即使產(chǎn)生疲勞裂紋，其擴(kuò)展速率是很慢的。即使有裂紋，只要不超過一定的長度還是可以用，不會馬上斷。因為復(fù)合材料有增強(qiáng)用的碳纖維在里面，基體是高分子樹脂，當(dāng)裂紋遇到碳纖維時就攔截，并產(chǎn)生橋接作用，這樣裂紋擴(kuò)大的速度就很慢。

現(xiàn)在復(fù)合材料基體是樹脂，主要靠碳纖維增強(qiáng)。也有使用其他的纖維來增強(qiáng)的，如采用玻璃纖維，但效果不如碳纖維，不過玻璃纖維價格便宜，塑性也比較好。碳纖維強(qiáng)度最高，也最輕。現(xiàn)在飛機(jī)復(fù)合材料中絕大部分都是碳纖維增強(qiáng)。

還有金屬基的復(fù)合材料，就是在金屬里面放纖維，例如在鈦合金里面用碳化硅纖維增強(qiáng)，但是價格昂貴。現(xiàn)在國外雖然已經(jīng)采用鈦基復(fù)合材料，但還是少量的。今后，鈦基復(fù)合材料的價格會慢慢的降低，那時將會被大量采用。

《商務(wù)周刊》：我國復(fù)合材料技術(shù)目前與國際上有怎樣的差距？大飛機(jī)立項對我國航空材料技術(shù)發(fā)展應(yīng)該是一次難得的機(jī)會。

曹春曉：我國航空材料技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，包括應(yīng)用水平、材料基礎(chǔ)、制造工藝、設(shè)計方法等方面。大飛機(jī)的立項肯定是為我們提供了很好的發(fā)展機(jī)遇，我們應(yīng)該抓住這個機(jī)遇，提高自主研發(fā)能力。

材料是航空制造業(yè)的前提，材料、設(shè)計、工藝在航空制造業(yè)中的關(guān)系非常密切，這一點尤其體現(xiàn)在復(fù)合材料上。在大飛機(jī)上不斷加大復(fù)合材料的使用，也需要設(shè)計、材料和加工技術(shù)的不斷升級。

我們國內(nèi)已經(jīng)有不少的地方用了復(fù)合材料，但大都是少量應(yīng)用在飛機(jī)的垂直尾翼和水平尾翼上，都是比較小的飛機(jī)，不是大飛機(jī)。飛機(jī)尾翼不是主要承力件，主要承力件是機(jī)翼和機(jī)身。現(xiàn)在我國機(jī)身上還沒有用到，在機(jī)翼上有少量的應(yīng)用。我國大型客機(jī)用的復(fù)合材料一開始從國外采購的比較多，大飛機(jī)項目主要方針是“全球采購”，但是我們關(guān)鍵的材料一定要立足于國內(nèi)。

國際上復(fù)合材料做得最好的是日本和美國，意大利也不錯。理論上，民用飛機(jī)上的復(fù)合材料零部件不存在采購上的障礙，在復(fù)合材料方面國外主要封鎖的是核心技術(shù)，產(chǎn)品相對是開放的，我們可以買到成品結(jié)構(gòu)件，但是高質(zhì)量的碳纖維買不到。

除了制造上的困難，生產(chǎn)設(shè)備也很重要。如果我們要把復(fù)合材料使用到機(jī)身上，就需要采用自動鋪絲設(shè)備。自動鋪放設(shè)備有兩種：自動鋪絲設(shè)備和自動鋪帶設(shè)備，自動鋪絲設(shè)備由于屬于技術(shù)尖端，從國外還買不到，我們正在組織這方面力量開發(fā)。

可以看出，大飛機(jī)的立項對我國航空制造業(yè)有很大的帶動作用。航空工業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長的特點，涉及的先進(jìn)技術(shù)很多，是制造業(yè)的一個制高點，發(fā)達(dá)國家都在爭奪這個制高點，我們不能再失去機(jī)會了。