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未來航空材料拓展輕型合金發展空間
發布者:admin 發布時間:2014-11-20 9:03:10 閱讀:1961

    C919大型客機首架機后機身前段近日在中航工業沈飛民機交付,該段應用先進的設計理念,廣泛采用復合材料和鈦合金材料,有效降低了大型客機重量,提升飛機的經濟性,這是未來航空領域進一步拓展鈦、鋁、鎂等輕型合金及復合材料發展空間的標志。
  近日,歐洲航空巨頭空中客車公司發布全球航空市場預測,認為未來20年(2014-2033)全球航空市場將出現三大趨勢,這更為輕型合金的市場潛力、材料替代、新技術研發打開了廣泛的想象空間。空客預測的“三大趨勢”——
  趨勢一:客運量和新飛機需求量增勢喜人。空中客車認為,2014-2033年間全球航空客運量年平均增長將達到4.7%,需新增客貨飛機19000架。此外,約12400架低燃油效率的客貨飛機將要退役,由新飛機替代。
  趨勢二:亞洲地區和城市化將成為兩大引擎。未來20年,亞洲航空業的增長將引人注目。中國國內航空市場將成為全球最大的市場。印度國內航空市場將迎來歷史增長最快時期,至2033年將成為全球10大市場之一。城市化也將是全球航空市場增長的一大重要引擎。
  趨勢三:寬體飛機需求增長將格外強勁。空客預計,未來20年全球新增寬體客貨飛機需求約9300架,按飛機數量算,占同期新飛機總量的30%。
  空客認為,受中國和印度國內市場發展以及東南亞地區低成本航空發展的推動,亞太地區單通道飛機需求量將占37%。
  歐洲航空巨頭空中客車公司發布全球航空市場預測往往是一種潮向,具有一定的權威性。當今產業都是互動型的,“你中有我,我中有你。”比如貴州的“老干媽”辣椒在快速發展走向世界的同時,也帶動了金屬瓶蓋玻璃制造業、玻璃瓶企業、農產品辣椒花生等相關產業的互動發展。
  舉一反三,從航空“三大趨勢”中似乎已經拓展了輕型合金應用巨大的想象空間,因為,自飛機誕生以來,航空領域從來就是先進材料技術展現風采、爭奇斗艷的大舞臺。最典型的是鋁合金在飛機上的廣泛使用,現在鋁合金依然是民用航空器的主要材料。隨著工業技術的快速進步,鈦合金、復合材料越來越多地應用在航空飛行器上,從軍用飛機到民用飛機,從小型直升機到大型固定翼飛機,從小零件到主結構部件都有了鈦合金、復合材料的一席之地。鈦合金、復合材料逐步成為先進飛機的代名詞。
  鋁合金、鈦合金、鎂合金都屬于輕型合金,尤其是鋁合金、鈦合金已經成為飛機輕量化的關鍵性合金材料。過去,人們常把飛機比做銀燕,筆者以為那鋁合金、鈦合金就應該被稱為是會飛的金屬,這就是“三大趨勢”為輕型合金以及復合材料拓展的市場、材料、技術想象空間。
  市場發展空間一:未來20年需新增客貨飛機19000架,這大大拓展了鋁合金、鈦合金、鎂合金等輕型合金及復合材料巨大的市場空間。鋁合金的比強度和比剛度與鋼相似,但其密度較低,同樣強度水平下可提供截面更厚的材料,受壓時的抗屈曲能力更佳,因此鋁合金成了經典的飛機結構材料。鈦合金具有比強度高、耐腐蝕性好和耐高溫等一系列優點,能夠進行各種方式的零件成形、焊接和機械加工,在先進飛機及發動機上獲得了廣泛應用。當今,鈦合金用量占飛機結構重量的百分比已成為衡量飛機用材先進程度的重要標志之一。可以判斷未來20年,輕型合金中的鋁合金、鈦合金在航空領域用量將會一路增長,為高端的鋁、鈦合金加工企業打開極為廣闊的市場空間。近日,西南鋁提供給法國賽峰公司的某型號預拉伸板被加工成飛機發動機外殼并應用于空中客車公司A380機型上,這是西南鋁鋁材首次用于空客機型,也為鋁加工企業高端產品進入航空市場拓展新的空間。
  材料替代空間二:記者采寫《搶占航空制造業的制高點》時采訪了中國科學院院士曹春曉,曹老說的一句話至今印在我的腦海里,他說“一代材料,一代飛機”是航空工業發展的生動寫照。從1903年萊特兄弟駕駛的第一架飛機是用木頭和布做成的到金屬材料成為機體航空材料的主流。從鋁合金為主到鈦合金已成為飛機的主要材料,每一次材料的交替與更新都是飛機發展的一次革命。我國大飛機專項的關鍵技術包括發動機、材料和電子設備等三項,其實,發動機和電子設備的發展基礎依然是材料,即高溫合金材料和電子、微電子材料等,凸顯航空材料在飛機、發動機發展中的關鍵作用。如今,復合材料在飛機、發動機結構材料家族中成為一位新成員,這就是碳纖維。碳纖維比鋁還要輕,比鋼還要硬,其比重是鐵的四分之一,比強度是鐵的十倍,化學組成非常穩定,具有高抗腐蝕性,適用于航空和航天飛行器。由此可見,“三大趨勢”拓展輕量合金等新材料交相輝映助力“銀燕”飛躍。
  技術研發空間三:應該說,支撐“一代材料,一代飛機”的背后都是技術提升的“日新月異”。 增材制造鈦合金零部件開始在空客A350XWB寬體飛機中應用,這就是技術的飛躍,3D打印在飛機上的應用是一場技術的革命。如今,飛機材料的發展已經進入第五階段,在鋁合金依然保持主流的情況下,鈦合金和復合材料的用量將不斷增多。比如,空客A380的復合材料用量22%,鈦合金用量10%;波音787復合材料用量50%,鈦合金用量15%;空客A350的復合材料用量52%,鈦合金用量9%......一個個枯燥的數據背后,演繹的卻是材料科學技術的跨越式發展和創新與進步。
  隨著我國首架國產大飛機C919正式開始機體對接工作,標志著C919大型客機項目研制邁出具有里程碑意義的重要一步。根據計劃,C919大型客機將在今年年底實現全機對接,并力爭在2015年年底首飛。在國家提出“探索一代、預研一代、研制一代、生產一代”的劃代發展思想下,可以相信,隨著國民經濟的進一步發展,我國航空材料科學技術一定會迎來一個蓬勃發展的春天。
  航空“三大趨勢”拓展輕型合金想象空間,鈦、鋁、鎂等高強度輕型合金材料將成為中國十二五期間的一個重點。據悉,2015年我國關鍵新合金品種開發將取得突破性進展,形成高端鈦合金2萬噸、高端鎂合金及型材和板材15萬噸、高端鋁合金材30萬噸。或許,我國鈦、鎂、鋁輕型合金的研制與未來航空“三大趨勢”不謀而合,這將給力中國航空工業邁上嶄新的臺階。
 
 

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