大飛機需要舉全國之力

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

《商務周刊》：作為參與中國大飛機項目論證的專家之一，您如何看待中國大飛機項目的組織和管理創新?

曹春曉：我是大飛機方案論證委員會19個委員之一，去年5月11日參加了中國商用飛機有限責任公司的揭牌儀式，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鍵，我認為市場化非常重要，可以通過招標的方式，集所有可以集合的技術力量來制造我們大型客機。一方面要融入市場、融入世界航空產業鏈中，另一方面也要跟我國區域性力量融合。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有限責任公司還是中國航空工業集團公司的管理層，都在思考該如何走市場化這條路的問題。而且在軍機方面，我也主張軍工工業跟地方的無形壁壘必須打破，融入地方經濟圈中才有活力。

《商務周刊》：大飛機從立項到現在已經兩年多了，大飛機公司成立也一年了，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步還是比較多，領導層的管理理念都有了很大的變化。中國航空工業集團從1999年開始分為第一集團和第二集團，那時我對這種拆分就不贊同。因為在國內搞兩個集團，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。

關鍵是，兩個集團各搞各的根本談不上競爭，還做了很多重復的工作。所以將兩個集團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，應該按照專業、按照不同的制造系統分，比如發動機，國外都有專門生產發動機的企業?，F在中航工業集團下屬就成立了包括專門從事發動機研制在內的10個子公司。

我們看到，波音787發現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“風險共擔”，飛機的設計工作也讓別人來做，他們自己協調，但是協調得不夠，最后影響了787的進度，現在吸取教訓加強了一些控制。我國大飛機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注意發揮我國具有的“能集中力量辦大事”的特點。

《商務周刊》：大型客機從設計到制造，給我國航空工業帶來了哪些挑戰？大飛機項目上馬之前有人總結了十大技術難題，目前有哪些進展？

曹春曉：這個項目從設計到制造，我們最大的問題就是經驗不足，在技術上可能會走些彎路。管理上，中國商用飛機將設計、總裝、市場營銷、客戶服務等關鍵性環節都抓在自己手上，制造上靠整個中國航空工業等共同努力。當然，航空材料的研發不僅需要航空系統，更需要靠冶金系統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發展方面的十大關鍵技術是值得大家重視的，但也應看到，實際上這十大關鍵技術主要是從飛機設計的角度提出的，并沒有包括其他一些主要的關鍵技術，我們必須充分關注和理解溫總理講的這段話：“制造大飛機不容易，要突破許多關鍵技術，特別是發動機、材料和電子設備?！?/p>

作為核心部件，發動機是至關重要的。中航工業發動機公司作為供應商，承擔大型客機發動機的設計、研制、生產、銷售、維修、服務、技術開發和技術咨詢等工作。目前來看，我國掌握大飛機發動機的自主研制和生產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的發動機的研發還需要加快速度。按照規劃，大型客機首先要購買國外成熟的發動機實現首飛，我們國產發動機同步進行研制，在適當時機換上中國自主研制的發動機。

當然，從材料的角度來說，發動機面臨的困難更大。高推重比航空發動機的成功，70%取決于材料，其中最關鍵的材料是鎳基高溫合金。因為發動機溫度高的時候有1700℃左右，現在鎳基合金的熔點只有1350℃左右，還要靠空心、內冷葉片來解決。這樣結構復雜的空心葉片中，有些要做成單晶的，難度很大，弄不好容易報廢。在這一點上，國外的技術要比我們成熟很多，他們早已實現批量生產，而我們的合格率比國外低。

機載系統包括很多電子元件，也是需要我們做很大努力的，但在這方面我不是專家。

《商務周刊》：作為一位材料學家，您認為在飛機上采用復合材料具有哪些優點？

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

關于復合材料是否安全的問題，波音與空客還發生了爭論。之前，空客認為波音大量采用復合材料是不安全的。實際上經過證實，這樣做還是安全的。在軍用領域，美國的B2轟炸機是很能體現他們軍事實力的飛機，上面就采用了38%的復合材料。那是他們1980年代就開始設計的。美國認為復合材料的應用是安全的，他們做了很多的實驗和應用研究，經過大量應用的考驗，已經進入成熟階段。

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。飛機長期飛行，金屬材料就可能出現“疲勞裂紋”，并且這種裂紋往往很難發現。材料在反復受拉力和壓應力的作用下，裂紋開始擴展，裂紋越來越大，材料就斷了。材料造成的飛機事故大部分都是由 “疲勞裂紋”引起的。比如1998年發生的我國民航史上首例大型客機迫降成功，東航的2173號客機空中遇險的原因就是飛機前起落架的銷子斷裂導致起落架收放失效。經鑒定后發現，飛機銷子中某種金屬成分含量過高，成分構成不合理，導致金屬產生裂縫。而復合材料即使產生疲勞裂紋，其擴展速率是很慢的。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。因為復合材料有增強用的碳纖維在里面，基體是高分子樹脂，當裂紋遇到碳纖維時就攔截，并產生橋接作用，這樣裂紋擴大的速度就很慢。

現在復合材料基體是樹脂，主要靠碳纖維增強。也有使用其他的纖維來增強的，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。碳纖維強度最高，也最輕。現在飛機復合材料中絕大部分都是碳纖維增強。

還有金屬基的復合材料，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，但是價格昂貴?，F在國外雖然已經采用鈦基復合材料，但還是少量的。今后，鈦基復合材料的價格會慢慢的降低，那時將會被大量采用。

《商務周刊》：我國復合材料技術目前與國際上有怎樣的差距？大飛機立項對我國航空材料技術發展應該是一次難得的機會。

曹春曉：我國航空材料技術與國際先進水平相比還存在一定的差距，包括應用水平、材料基礎、制造工藝、設計方法等方面。大飛機的立項肯定是為我們提供了很好的發展機遇，我們應該抓住這個機遇，提高自主研發能力。

材料是航空制造業的前提，材料、設計、工藝在航空制造業中的關系非常密切，這一點尤其體現在復合材料上。在大飛機上不斷加大復合材料的使用，也需要設計、材料和加工技術的不斷升級。

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

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

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

可以看出，大飛機的立項對我國航空制造業有很大的帶動作用。航空工業具有產業鏈長的特點，涉及的先進技術很多，是制造業的一個制高點，發達國家都在爭奪這個制高點，我們不能再失去機會了。