CAIEC實錄 | 王曉紅：產(chǎn)業(yè)互聯(lián)，航空材料帶動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展

2021-01-06

現(xiàn)在航空材料呈現(xiàn)出高性能、多功能、復(fù)合化、低維化、信息化、智能化、低成本、可維修、環(huán)保綠色的趨勢。

01

峰會嘉賓


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    分享要點


1.航空材料是航空工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

2.航空材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

3.航空材料與社會互促共進(jìn)、協(xié)同發(fā)展

4.航空材料研究的國際合作日益活躍

5.展望



02

峰會回顧


各位專家、投資人，上午好！首先非常感謝大會給我這個平臺與大家分享，我將和大家分享以下五個部分：

第一部分，先簡單介紹一下航空材料的內(nèi)涵。

航空材料是指用于制造航空飛行器（像飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、直升機(jī)等）的材料，按材料領(lǐng)域來分，主要包括鋼鋁鈦、高溫合金、復(fù)合材料、透明件、橡膠密封材料、隱身材料、涂層、功能材料與智能材料等。按產(chǎn)品來分，有一些半成品和零部件也屬于航空材料，像高溫合金的葉片/粉末盤、鈦合金的整體框/機(jī)匣、鋁合金的機(jī)翼壁板、透明件等。

航空材料是國防和國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料，在“十二五”以前 ，國內(nèi)常見的說法是“材料是裝備發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)”，從“十二五”開始，國家科技部在“十二五”規(guī)劃中明確了“材料技術(shù)是總攬人類全局的高技術(shù)，是現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)”。已經(jīng)不僅僅是“基礎(chǔ)”，而是“關(guān)鍵”了，地位提升了。

航空材料也是世界各國爭先發(fā)展的高新技術(shù)，是國防尖端技術(shù)的重點?！耙淮牧?、一代裝備”，說的就是有了先進(jìn)的材料才會有先進(jìn)的裝備。同時，航空材料對整個社會的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有很強的輻射帶動作用，除了推動武器裝備更新?lián)Q代以外，還牽引國家新材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

大家都說“材料對于武器裝備非常重要”。但這個認(rèn)識的形成經(jīng)歷了很長時間，其實最早提出材料重要的是美國，材料在美國空軍的43項航空技術(shù)當(dāng)中位居第二。右下角這張圖引用了當(dāng)時美國空軍的研究報告，對于先進(jìn)發(fā)動機(jī)來說，78%的貢獻(xiàn)來自于材料，因為這張圖是美國空軍的研究結(jié)論，其權(quán)威性是不容置疑的！。目前國內(nèi)常見的說法是材料貢獻(xiàn)占50-70%。我認(rèn)為78%的提法是不會過時，以后更先進(jìn)的航空產(chǎn)品對先進(jìn)材料的依賴性可能會進(jìn)一步提升。

航空材料與工藝是先進(jìn)航空產(chǎn)品的核心技術(shù)，對提高飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的性能、降低成本、使用可靠性具有非常關(guān)鍵的作用。像飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量系數(shù)的不斷降低，就是因為采用了鈦合金、鋁合金和復(fù)合材料等這些輕質(zhì)高性能材料，并采用先進(jìn)的成型工藝和損傷容限設(shè)計。同樣，發(fā)動機(jī)推重比的不斷提高，也是因為采用了高性能的鈦合金、渦輪材料與熱障涂層、先進(jìn)的鑄造技術(shù)等。另外在航電和機(jī)載系統(tǒng)也需要使用功能材料和智能材料等。

以航空發(fā)動機(jī)為例，它的工作環(huán)境很苛刻，渦輪進(jìn)口溫度達(dá)1700多度，壓力很大，超過2個三峽大壩的蓄水壓力！
 
渦輪轉(zhuǎn)速每分鐘幾萬轉(zhuǎn)，產(chǎn)生巨大的離心力，每片葉片要承受十幾噸的離心載荷，相當(dāng)于重型卡車的重量！除此之外還要承受各種嚴(yán)苛環(huán)境的考核，要做葉片飛出試驗，吞水、吞冰、吞鳥試驗等。發(fā)動機(jī)的制造精度要求非常高，比如寬弦風(fēng)扇葉片，葉片距機(jī)匣葉尖間隙只有毫米級，但是在發(fā)動機(jī)工作的時候很容易碰撞摩擦。另外發(fā)動機(jī)對可靠性也有很高的要求，像渦輪葉片的尺寸誤差要求精確到一根頭發(fā)絲的十分之一。

另外，航空發(fā)動機(jī)需要非常高的投入，像GE，RR、PW、snecma的年科研投入超過10億美元，美國兩大發(fā)動機(jī)投入超過87億美元，GE90和F119這二款發(fā)動機(jī)研制費都是30億美元，F(xiàn)135研制費用高達(dá)90億美元。裝備的研制周期也很長，比如發(fā)動機(jī)要經(jīng)歷多個研制階段，并且在每一個階段都要有相應(yīng)的材料技術(shù)要研究。

航空產(chǎn)品的技術(shù)附加值也很高，據(jù)日本統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，單位重量創(chuàng)造的價值發(fā)動機(jī)是最高的，汽車單位重量的價值相當(dāng)于漢堡包，發(fā)動機(jī)相當(dāng)于白銀，發(fā)動機(jī)中的渦輪葉片相當(dāng)于黃金。因此，航空材料的技術(shù)附加值非常高。

由于航空裝備特殊的使用條件和嚴(yán)苛要求，航空新材料從研制到型號上的應(yīng)用一般需要10年或者更長的時間。航空材料要求輕質(zhì)、耐高溫、綜合性能好、長壽命、整體化，結(jié)構(gòu)設(shè)計又總是把把材料用到極限，并且要求不斷的提高極限，所以，航空材料研發(fā)的難度很大，必須要走完材料研制和應(yīng)用研究兩個全過程才能保證穩(wěn)定可靠和成熟應(yīng)用。
 
第二部分，航空材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

總體上講，國內(nèi)外都要求材料高溫、高強、低密度。工藝要優(yōu)質(zhì)、高效、低成本。

歐美等航空強國已經(jīng)安排了一系列航空材料的相關(guān)發(fā)展計劃。

國外的技術(shù)研發(fā)也需要9-13年的時間，如果把制造工藝也考慮在內(nèi)的話，則需要14-18年的時間，而且這還是在假定沒有重大問題導(dǎo)致延期的前提下。

材料研究周期也很長，一個全新的材料需要20-30年，已經(jīng)開始應(yīng)用的材料還需要10年。但材料研究有很多階段，資本投入不是從頭到尾的投入，你可能只投入其中的一部分、一個階段。

國外都是采用積木式的考核驗證，類似于金字塔，每一級的復(fù)雜程度遞增。從試樣級到元件、模擬件、零件、組件、部件逐級進(jìn)行驗證。

國外的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)情況，舉個美國航空發(fā)動機(jī)的例子，美國也是政府和軍方提出需求，各自都建立公司自主知識產(chǎn)權(quán)體系，用標(biāo)準(zhǔn)來管控生產(chǎn)，供應(yīng)商進(jìn)行分級，會有二級配套廠商做的事情。材料研發(fā)主要由三大航空發(fā)動機(jī)公司PW、GE、RR主導(dǎo)，他們也都是以自行研制為主，輔之以政府及大學(xué)的基礎(chǔ)研究力量。各自都建立了公司自主知識產(chǎn)權(quán)的材料和應(yīng)用技術(shù)體系，用標(biāo)準(zhǔn)來管控生產(chǎn)。

國內(nèi)充分利用全國資源，基本上形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。比如，工信部批復(fù)的航空發(fā)動機(jī)材料、航空材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺，把材料上、下游企業(yè)關(guān)聯(lián)起來，有效解決新材料研制、生產(chǎn)和應(yīng)用銜接不夠的問題。
 
簡單介紹一個成果轉(zhuǎn)化的案例——石墨烯創(chuàng)新央地聯(lián)動孵化平臺，政產(chǎn)學(xué)用融協(xié)同發(fā)展，政府支持、產(chǎn)業(yè)支撐、用戶需求、資本融合。其產(chǎn)業(yè)落地到全國各地。如石墨烯鋁合金電纜產(chǎn)業(yè)落地到新疆。

第三部分，航空材料與社會互促共進(jìn)、協(xié)同發(fā)展。

咱們國家的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十三五規(guī)劃》中上百條與航空材料相關(guān)，體現(xiàn)了航空材料發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展存在著密不可分的聯(lián)系。

1、航空材料輻射帶動國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空材料作為新材料的試驗田，是國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。航空材料技術(shù)涉及金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料、功能材料等。從技術(shù)維度來講，又涉及設(shè)計、制備、制造、檢測、服務(wù)保障等技術(shù)。每個技術(shù)的發(fā)展都會帶動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，因此，航空材料技術(shù)發(fā)展帶動了多個行業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并對全國起到輻射作用，成為我國的材料科學(xué)研究的先進(jìn)代表和輻射帶動源，促進(jìn)制造業(yè)整體技術(shù)的提升和技術(shù)轉(zhuǎn)型。目前高端制造業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，新材料是國民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)一直充分發(fā)揮航空材料的技術(shù)優(yōu)勢，積極推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化。例如，前面提到的石墨烯也在“一帶一路”和“西電東送”國家重大工程上進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

2、社會資源助推航空材料大步向前發(fā)展。航空材料的發(fā)展也離不開政府政策的大力扶持以及社會資源強有力的支撐。國家和地方政府的相關(guān)政策、項目支持以及應(yīng)用示范平臺為航空材料研制提供了保障和支持，促進(jìn)了航空材料的發(fā)展，也培養(yǎng)了一批人才。社會資源的大力支撐使得航空材料擁有更廣泛的共享平臺、交流平臺、實踐平臺和人才培養(yǎng)平臺。

第四部分，航空材料研究的國際合作日益活躍航空材料在對外合作中扮演了非常重要的角色。

例如，在工信部的支持下，國內(nèi)參與了歐盟地平線2020計劃。在這個國際合作中，“高效率制造”項目，由中方7家單位和歐方11家單位產(chǎn)學(xué)研大合作，取得了積極進(jìn)展。由中國主導(dǎo)的綠色復(fù)合材料項目，歐洲8家和中方11家單位產(chǎn)學(xué)研大融合，向國際社會展示了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的綠色復(fù)合材料，應(yīng)用效果得到了空客和歐盟的正面評價。這些項目合作貫徹落實了我國開放創(chuàng)新的大政方針，并且在部分方向上引領(lǐng)了技術(shù)的發(fā)展。

最后一部分是展望。

現(xiàn)在航空材料呈現(xiàn)出高性能、多功能、復(fù)合化、低維化、信息化、智能化、低成本、可維修、環(huán)保綠色的趨勢。建議從國家層面加強統(tǒng)籌規(guī)劃，加大航空材料應(yīng)用研究的支持力度，突出材料的技術(shù)驗證，推動航空材料產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)的良好銜接，促進(jìn)上下游企業(yè)合作和有序競爭，引導(dǎo)更有秩序的資本理性投資。我國在航空材料領(lǐng)域還存在非理性的投資，比如碳纖維、變形高溫合金、單晶爐等，市場需求就那么多，用戶都喜歡用高品質(zhì)的、便宜的，很多品質(zhì)不夠高的材料是沒市場的。所以資本一定要理性投資。我認(rèn)為專家們有責(zé)任和義務(wù)去引導(dǎo)資本投入，讓投資人明白市場的真實情況。


▌本文為2020中國航空投資峰會的文字內(nèi)容整理


分享嘉賓：中國航發(fā)北京航空材料研究院研究員王曉紅

整理：空天界



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