#國產大飛機背后的中國黑科技#
距離國產大飛機投入使用只有一步之遙。
上海兩會期間，上海CPPCC委員、COMAC總會計師吳永亮表示，C919目前處于適航取證階段，預計2022年交付。
C919是中國首款完全按照國際先進適航標準研制的單通道大型客機，具有完全自主知識產權。它的機頭、機身、翼對翼發動機等的設計。都是由中國自己的團隊完成的。C919實現了飛機總體設計關鍵技術的100多項突破，背后是無數中國科學家幾十年的心血。
從國務院成立大飛機重大專項領導小組開始，到C919等國產大飛機研制已經過去了15年，到上世紀的大飛機項目運10也已經過去了50年。
近日，兩位參與國產大飛機研發的院士罕見地參加了同一個科普節目。在與中國科協“科創中國”聯合制作的《院士開講》中，中國科學院院士曹、中國工程院院士為大家普及了C919制造中使用的鈦合金和金屬3D打印技術的應用，讓我們看到了國產大飛機背后技術攻關的艱辛過程。
給國產大飛機換上鈦合金
2006年，國務院批準成立大飛機方案論證委員會，曹是唯一從事航材研究的成員。國產大飛機項目啟動后，曹擔任專家咨詢委員會委員，走遍全國各地。大飛機項目涵蓋民用和軍用飛機，民用飛機代號為C919。
飛機的自重越小越好。飛機自重占其起飛總重量的百分比稱為“飛機的結構重量系數”。在過去的70年里，沒有一架飛機的結構重量系數低于27%，這是受大部件性能和制造能力的限制。鈦合金是關鍵。通過鈦合金材料和鍛造技術的改進，可以減輕飛機的結構重量，增強其競爭力。
現在對經濟性要求更高的C919使用8%的鈦合金，相當于波音777的7.5%。大飛機的制造離不開技術要求極高的大型鍛件。在《院士開講》欄目中，曹展示了一個C919的鈦合金鍛造接頭，命名為TC4，重量為600kg。為了制造類似的鍛件，中國建造了世界上最高壓力的8萬噸水壓機。
資料來源：Tik Tok 《院士開講》，第5期
2015年11月，擁有中國自主知識產權的C919在上海下線，正式在全球公開亮相。曹肖春在現場激動不已，他40多年的夢想終于實現了。
2017年5月5日，C919大型客機在上海成功首飛。2021年3月，C919獲得首單。到2022年初，C919已獲得815架訂單。
曹院士(左四)在C919下線現場。
彎道超車的3D打印技術
作為改革開放后的科研崗位骨干，王華明院士致力于用3D打印技術解決材料鍛造難題，也為國產大飛機的研制發揮了關鍵作用。他今年50歲，在金屬3D打印領域研究了22年。
“3D打印”在業內有一個更學術的名字：增材制造。這種誕生于1980年左右的制造技術，得益于計算機的發明，使得制造過程數字化。原理是將零件分成無限個平面，將三維復雜零件作為二維平面問題處理。
所謂“加法”，就是把原材料一層層加起來，做成新的材料，就像高等數學中的定積分一樣。增材制造是指將粉末、絲等原材料熔化，完成合金化、凝固和材料制備的過程。同時，塑料薄膜直接成為一個零件，材料準備的過程本身就是制造com的過程
王華明院士團隊研發的激光增材制造技術為國產大飛機和新型戰斗機提供關鍵大型零部件。“我們團隊真正瞄準的核心是如何控制微冶金的過程，做出高質量的材料，讓材料的性質發生質的變化。”王華明說。
在《院士開講》，王華明也分享了一段艱難的經歷。美國的國外技術團隊率先嘗試用增材制造的方式制造鈦合金構件，但疲勞性能不夠。經過多次嘗試，未能改善，于是他們在2005年左右放棄了這條路。王華明團隊繼續堅持，雖然起步比國外晚，但最終還是做出了可以用于大型飛機的關鍵部件。
009飛天茅臺整箱鑒定,2009飛天茅臺真偽視頻6.jpg">來源：抖音《院士開講》第九期從2007年起，王華明團隊就已制造出許多非常復雜的構件。“以前我們總師們很頭疼，他可以設計出非常好的結構，但我們搞制造的干不出來，現在你就可以把這個約束取消掉，自由地設計，我們想辦法去做，當然我們可能永遠跟不上設計師的步伐，但是你可以放開，你們至少有很多余地會改善。”王華明院士說。
拿C919來說，機頭主風擋窗框就是王華明院士團隊研發的。這種部件尺寸大、形狀復雜，國內飛機制造廠的傳統方法無法制作。歐洲一家公司可以制作，但周期漫長，需要兩年時間才能交貨，而且價格高昂，僅每件模具費就要50萬美元。
2009年，王華明團隊利用3D打印技術，耗時55天做出了C919機頭鈦合金主風擋整體窗框，成本不足歐洲鍛造模具費的十分之一。
王華明團隊通過和沈陽飛機設計研究所等機構的密切合作，在大型關鍵構件的制造上，已經取得了質的突破。除了省去模具、傳統鑄造鍛造外，由于把三維問題當成二維來做，零件的大小、形狀、尺寸，不再受制約，理論上不再受到制約。
“它將會改變未來裝備的結構，也許會改變未來裝備性能，也許一個飛機需要3萬個零件，自重好幾十噸，現在有了3D打印之后，幾萬個零件，也許變成2000個零件，數量已經大幅度減少。通過打印高品質的材料，強度在提高，自重也在減輕。”王華明說。
來源：抖音《院士開講》第九期
科普和科研同樣重要
除了機身，發動機也是鈦合金應用的重要場景。航空發動機被看作是大型運輸機和戰斗機的“心臟”。在《院士開講》中，曹春曉透露，“等長江渦扇發動機研制正式成功以后，也會用到我們這個C919上面。” 長江1000渦扇發動機的鈦用量已經達到23%。
在《院士開講》的最后，作為新中國成立后的第一代科學家，曹春曉院士表達了他的愿望：“第一個愿望是希望（使用鈦合金材料）的新型國產飛機能夠早日投入使用，第二個則是未來還能做出質量更高的國產（航空）發動機。”
來源：抖音《院士開講》第五期
曹春曉院士表示，國產大飛機之路還很長，需要更多人參與進來。對此，王華明也深有同感。“要做大事情，你一個人是做不成的，要沉下心來，不要想著干每一份事情都要有一個眼前的這種利益，可能你需要合作，需要有個團隊，不同的人在一起，干驚天動地事，做隱姓埋名臣，也許就是這么一種結果。”王華明說。
在他們看來，科普和科研同樣重要。王華明院士曾參加央視《開講啦》等科普節目，這次參加由抖音和中國科協“科創中國”聯合出品的《院士開講》，也是希望與更多年輕網友進行交流。
目前，曹春曉和王華明院士的兩期內容已經在抖音、今日頭條、西瓜視頻上線，并吸引了上千萬人次觀看。
王華明院士的講述很生動，將3D打印的過程比作“揉面”。而曹春曉院士很擅長與年輕人進行互動，雖然已是87歲高齡，卻依然關注很多年輕人關心的話題，比如科研院系的男女比例，或是熬夜和加班問題。通過這些科普內容，越來越多的年輕網友開始對航天航空行業有了興趣。
《院士開講》抖音主頁及部分內容
編輯 劉佳
