高端裝備的重大突破
2022年9月29日，C919大型客機(jī)獲得中國民用航空局頒發(fā)的型號合格證，于同年12月9日交付首家用戶——中國東方航空股份有限公司。
作為中國首款按照國際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī)，C919大型客機(jī)于2007年立項，直至如今交付用戶使用。歷經(jīng)幾代人的努力，中國大飛機(jī)工業(yè)迎來了重要里程碑、邁入規(guī)?；盗谢l(fā)展之路。
C919大客機(jī)研制成功并取得型號合格證投放市場，是深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略取得的重大成就，是建設(shè)制造強(qiáng)國的重要標(biāo)志，是新時代改革開放和社會主義建設(shè)的重要成果，對于增強(qiáng)中國經(jīng)濟(jì)實力、科技實力、民族凝聚力，國際影響力都具有十分重要的意義。
全球關(guān)注中國有了大飛機(jī)
2023年5月28日上午，東方航空公司MU9191航班平穩(wěn)降落在北京首都國際機(jī)場，穿過象征民航最高禮儀的水門，標(biāo)志著該機(jī)型圓滿完成首個商業(yè)航班飛行，正式進(jìn)入市場，開啟市場化運(yùn)營、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新征程。
此次商業(yè)首航的C919飛機(jī)，機(jī)身前部印有“全球著架”的“中國印”標(biāo)識，飛機(jī)注冊號B-919A，B代表中國民航飛機(jī)，919和型號名稱契合，A代表首架。東方航空公司接到飛機(jī)后，緊鑼密鼓地進(jìn)行了100h驗證試飛，全面檢驗了飛機(jī)的航線運(yùn)行能力。2022年12月28日10點33分載著約130名旅客從上海虹橋國際機(jī)場起飛。據(jù)稱艙內(nèi)共有8個公務(wù)艙、156個經(jīng)濟(jì)艙；行李艙是下拉式開合設(shè)計，更加節(jié)省空間，因而機(jī)艙顯得更寬敞；在三座一排的座椅中，中間的比兩側(cè)的寬15mm。經(jīng)過幾代人的艱辛努力，中國終于有了自主研發(fā)的噴氣式干線客機(jī)。按計劃，此架C919飛機(jī)將在首航后在上海虹橋—成都天府的航線上實施初始商業(yè)運(yùn)行。
C919的成功運(yùn)營打破了波音公司和空客公司在單通道噴氣式干線客機(jī)領(lǐng)域的壟斷地位，意味著將能直接參與同世界兩大飛機(jī)制造商——空客和波音的競爭，形成“三足鼎立”之勢，意味著世界飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入激烈競爭時代。盡管目前這種競爭規(guī)模尚小，但卻具有標(biāo)志性的深遠(yuǎn)意義。有媒體稱，未來20年，中國可能需要5000~6000架單通道客機(jī)，中國商飛需要迅速提高產(chǎn)量，以便在國內(nèi)占有更大的份額。
中國航空市場巨大，C919僅依靠國內(nèi)訂單就可以支撐后續(xù)經(jīng)營和研發(fā)，因此，有人預(yù)計中國商飛公司將選擇優(yōu)先發(fā)展國內(nèi)商用航空市場，積累經(jīng)驗和品牌信譽(yù)，以博得更多潛在海外用戶的信賴。非洲和亞洲應(yīng)是C919最初階段出口的主要市場。比如，鑒于以前的合作，印度尼西亞率先考慮引進(jìn)C919的可能性較大；尼日利亞也曾表示有意購買C919。波音公司在2023年1月份的一份報告中認(rèn)為，中國航空市場將成為全球最大的單一航空市場，到2041年，中國飛機(jī)乘客數(shù)量將增加兩倍以上，中國購買的新客機(jī)數(shù)量將占全球的1/5。隨著中國民航客機(jī)需求的不斷增長，C919市場是不成問題的，未來市場的潛力巨大。
C919炎黃后裔心血＋華夏材料
2008年5月，中國在上海成立了中國商用有限責(zé)任公司（簡稱中國商飛），并宣布計劃生產(chǎn)第一架大型商用噴氣式飛機(jī)，命名為C919；2014年5月，中國國家主席習(xí)近平考察中國商飛公司，敦促發(fā)展具有競爭力的航空業(yè)；2015年11月，C919客機(jī)在中國商飛總裝下線，揭開面紗；2017年5月，該飛機(jī)于5月5日進(jìn)行首次試飛；2022年9月，C919大型客機(jī)獲得中國民用航空局頒發(fā)的型品合格證，意味著該飛機(jī)符合適航標(biāo)準(zhǔn)；2022年12月，編號為B-919A的第一架C919大型客機(jī)交付給東方航空公司，在該航空公司進(jìn)行一系列空機(jī)驗證試飛；2023年5月，東航計劃于5月28日啟動國產(chǎn)大飛機(jī)C919上海至北京的首個商業(yè)航班。
打造C919大客機(jī)用的各種材料，不管是金屬材料、非金屬材料，還是復(fù)合材料，都是中國的工廠生產(chǎn)的。所有的構(gòu)件，大到發(fā)動機(jī)，小到緊固件（圖1），都是中華兒女設(shè)計制造的。
航空緊固件多得數(shù)不勝數(shù)，據(jù)稱C919大客機(jī)用的鋁合金、鈦合金鉚釘就有70萬~80萬個。中國雖然自1956年就開始生產(chǎn)航空鋁合金，但鋁合金鉚釘?shù)葏s一直依靠進(jìn)口與“半進(jìn)口”，直到2023年2月9日，中國才告別這種令人十分遺憾的長期依賴進(jìn)口的局面?！鞍脒M(jìn)口”是筆者暫用的名詞，是指國外在中國開設(shè)的全資公司向中國供應(yīng)的產(chǎn)品，美國鋁業(yè)公司在中國蘇州市建了2個航空緊固件廠，現(xiàn)屬工程產(chǎn)品與鍛件公司（Enineered Products& Forings公司，系獨立企業(yè)，與美國鋁業(yè)公司無關(guān)）。
2023年2月9日，東北輕合金有限責(zé)任公司（以下簡稱東輕）緊固件線棒材生產(chǎn)線投產(chǎn)。此項目的投產(chǎn)，突破了中國航空航天高強(qiáng)鋁合金緊固關(guān)鍵核心技術(shù)，將為中國國防軍工、航空航天、武器裝備，以及交通運(yùn)輸用高端鋁合金線材的開發(fā)和保供提供可靠保障，進(jìn)一步提升了我國高端制造產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力、核心競爭力和行業(yè)引領(lǐng)力，扭轉(zhuǎn)了中國高端緊固件長期依賴進(jìn)口和“半進(jìn)口”的不利局面，也更加堅定了我國向世界高端鋁加工業(yè)邁進(jìn)的信心和決心。為此，東輕也將全面貫徹黨的二十大精神，聚焦建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航空航天強(qiáng)國、科技強(qiáng)國，踔厲奮發(fā)，勇毅前行。東輕自2020年末開始，陸續(xù)承擔(dān)多項國家緊固件線棒材研制項目，同時，借助開展國家科研任務(wù)契機(jī)，新增緊固件生產(chǎn)線關(guān)鍵配套設(shè)備，進(jìn)一步提升線材裝備能力，開拓新市場和利潤增長點，有效地破解目前進(jìn)口收貨期長乃至斷供風(fēng)險。此項目于2021年5月份開始建設(shè)，共有16臺套設(shè)備，2022年9月建成并開始大卷重緊固件用線棒材試制，2023年，開始具備批量生產(chǎn)能力。自此以后，所有的航空航天鋁合金中國都能生產(chǎn)。
寓意深遠(yuǎn)的C919命名
C919大飛機(jī)的命名寓意深遠(yuǎn)，“C”是China（中國）的首個字母，也是中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司英文縮寫COMAC的頭一個字母，還是世界三大飛機(jī)制造商的第三個（C，A-空客公司Air Bus，B-波音公司Boeing），世界大型民用飛機(jī)制造將形成“三足鼎立”之勢。數(shù)字“919”中的第一個“9”寓意天長地久，“19”代表中國首款大型客機(jī)最大載客量190人，以后的型號可能命名為“C929”，其中“29”代表這一機(jī)型的最大載客量為290座。
中國自主研發(fā)的C919大型客機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：基本型混合級布局158座，總長38.9m，高11.95m，翼展35.8m，標(biāo)準(zhǔn)航程4075km，可從北京直飛新加坡，可以往返國內(nèi)所有城市，最大航程5555km，與波音B737飛機(jī)相比，具有更安全、更輕巧、更大功率、更快、更舒適等特點。
C919的機(jī)頭、前機(jī)身、中央翼、中后機(jī)身等大部段都由中航工業(yè)集團(tuán)等國內(nèi)航空企業(yè)制造。飛行控制系統(tǒng)、機(jī)輪剎車系統(tǒng)、輔助動力裝置和導(dǎo)航系統(tǒng)等由霍尼韋爾公司提供。
發(fā)動機(jī)是美國通用電氣公司（GE）和法國賽峰集團(tuán)合作制造的，比現(xiàn)役空客A320及波音B737飛機(jī)的發(fā)動機(jī)都要大，發(fā)動更有勁，而油耗卻比他們的大大降低，使用成本比他們的約低10%，碳排放量降低50%。
C919采用中國自主研發(fā)的超臨界機(jī)翼，提速省油，其聲速比、導(dǎo)航特性、失速特性等幾項重要指標(biāo)均優(yōu)于國外同類機(jī)型，速度也比他們的快。C919的客艙增設(shè)了減震系統(tǒng)，可以緩沖顛簸，客艙內(nèi)壁設(shè)有單獨通風(fēng)口，能更好地調(diào)節(jié)機(jī)艙內(nèi)氣壓變化；艙內(nèi)中間位置座椅比國際航空標(biāo)準(zhǔn)椅寬12.7mm，因而乘客感覺更舒適。
C919的前機(jī)身、中機(jī)身、中后機(jī)身、機(jī)頭與機(jī)翼結(jié)構(gòu)件幾乎全是用鋁材制造的，而發(fā)動機(jī)吊掛、垂尾、平尾、后機(jī)身前段、后壓力框、后機(jī)身中段、中央翼等則是用復(fù)合材料或鈦合金鍛件制造而成。
除上述部段的主要零部件是用當(dāng)今高端傳統(tǒng)2XXX系與7XXX系鋁合金制造，一些重要結(jié)構(gòu)件是用鋁-鋰制造的外，一些次要的零部件與功能零件則是用其他鋁合金制造的，如空調(diào)系統(tǒng)、油路管、行李架、衛(wèi)生設(shè)施等。總體上看，C919大飛機(jī)鋁合金工件總質(zhì)量占其總凈質(zhì)量的65%。
2022年11月在珠海舉行的第十四屆中國航展上，C919大客機(jī)于11月5日飛抵珠海，閃耀藍(lán)天盛會，受到中外觀眾的嘖嘖稱贊（圖2）。在該屆航展上，中國商飛與7家租賃公司簽訂了300架C919訂單，而在此之前，C919已拿下了28家客戶815架的訂單。截至2022年11月，中國商飛已拿到的C919訂單達(dá)1115架。
C919用了哪些鋁合金
可以說，C919大飛機(jī)是用鋁合金打造的。其鋁合金結(jié)構(gòu)件和鋁合金標(biāo)準(zhǔn)件（如電線電纜、儀器儀表殼和零件等）的凈質(zhì)量占飛機(jī)凈質(zhì)量的75%以上，而且有些結(jié)構(gòu)件的凈質(zhì)量僅占材料采購量的百分之幾，如用鋁合金厚板加工的整體鈑金件凈質(zhì)量僅為板材采購量的2%~3%。
截至2022年11月，C919客機(jī)國內(nèi)外用戶有20余家，訂單數(shù)1115架，若按到2035年總制造架數(shù)為1500架匡算，則每年需制造125架?？梢栽O(shè)想一下：把這12年的制造時間分為3段，每段4年，前段每年制造50架，中段每年制造100架，后段每年制造225架，若每架飛機(jī)的鋁材用量按80t匡算，則每年需要鋁材4000t，現(xiàn)在C919用的鋁材中國都能生產(chǎn)。
工業(yè)和信息化部要求，2017年在航空鋁材國產(chǎn)化方面力爭取得階段性成果。所指的航空鋁材就是制造C919所需的各種鋁材，在當(dāng)前制造的航空器中，總的來講，客機(jī)對材質(zhì)的要求比軍機(jī)的更為苛刻，大型客機(jī)對材質(zhì)要求又比中小型客機(jī)的高，在當(dāng)下中國制造的民用航空器中，C919大飛機(jī)所用鋁材檔次是最高的，只要鋁合金檔次符合要求，其他航空器都可以用。
C919大飛機(jī)用的鋁材都是高端用鋁，但我們?nèi)钥梢园瓷a(chǎn)工藝難度與價的高低分為如下幾類：
第一類是常用傳統(tǒng)鋁合金材料：7075-T62、7075-T73、7075-T73511、2024-T42、2024-T3511、2024-T3等；第二類是7050-T77型與7055-T77合金材料；第三類是鋁-鋰合金：2196、2198、2099等；第四類是復(fù)合材料，特別是碳纖維及碳化硅纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。
對于第一類材料，我們早已解決了“有無問題”，但競爭力問題未完全解決。因為只有解決了各種性能（常規(guī)力學(xué)性能、抗蠕變性能、抗疲勞性能，耐損傷容限性等）的穩(wěn)定性、耐久性、可靠性與可追溯性等，才可以用到生產(chǎn)材料；價格合理性，解決了性能滿足設(shè)計要求與零部件加工工藝之后，價格是否合理成了另一個突出問題，價格高了，用戶不會買，飛機(jī)的材料采購及加工成本占整體造價的20%～30%，材料的經(jīng)濟(jì)性是飛機(jī)公司選材的重要原則之一。當(dāng)前，中國航空鋁材的價格大致比美國奧科寧克鋁業(yè)公司、德國科布倫茨軋制廠、法國工廠價格貴一些。因此，必須把價格降下來。總之，第一階段應(yīng)完成的任務(wù)是，使現(xiàn)在可生產(chǎn)的各種鋁合金材料在各方面都可與進(jìn)口的相當(dāng)，同時，在國際航空材料市場上要有相當(dāng)強(qiáng)的競爭力。
第二階段任務(wù)是解決7050、7055合金，T76、T77材料的供應(yīng)問題，這里需要完成3項任務(wù)：大扁錠鑄造，T77處理設(shè)備，T77處理精準(zhǔn)工藝參數(shù)的確定。7050合金及7055合金都是高合金化元素含量的Al-Zn-Mg-Cu系合金，前者的總含量為9.6%～11.9%，后者的Zn、Mg、Cu總含量為11.4%～13.3%，鑄造時產(chǎn)生裂縫傾向極大，扁錠成品率低，爭取鑄造成品率超過90%。T77處理的7055合金半成品是目前變形鋁合金中強(qiáng)度最高的，其板材的抗拉強(qiáng)度比7150合金的高10%，比7075合金的高30%，而且有高的斷裂韌性與很強(qiáng)的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力，也有相當(dāng)強(qiáng)的抗晶間腐蝕開裂能力，是制造民用飛機(jī)高承載結(jié)構(gòu)的良好材料。合金材料7055于1991年在美國鋁業(yè)協(xié)會公司注冊，是美國鋁業(yè)公司研發(fā)的一種合金，T77處理工藝也是該公司研發(fā)的，它是一種三級時效：第一級為峰值時效（T6），第二級為回歸處理（RRA，regression and re-ageing），第三級為回歸后的再時效，再時效溫度和時間與第一級峰值時效時的相近，但又有區(qū)別。
第三階段的任務(wù)應(yīng)是全盤解決民機(jī)制造所需的第三代鋁-鋰合金產(chǎn)品問題，即能供應(yīng)相當(dāng)于肯聯(lián)鋁業(yè)公司Airware 材料或奧科寧克鋁業(yè)公司達(dá)文波特軋制廠（Davenport Works）與拉斐特擠壓鍛造廠（Lafayette Works）的產(chǎn)品相當(dāng)?shù)男阅埽貏e是價格不易降下來。生產(chǎn)鋁-鋰合金的關(guān)鍵是熔煉鑄造，只有這道工序的成品率達(dá)到80%左右才能生產(chǎn)出有市場競爭力的產(chǎn)品。因此，必須解決鋁材的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等關(guān)鍵指標(biāo)。另外，材料的統(tǒng)計性能水平（飛機(jī)設(shè)計中的材料許用值）也是材料能否被采用的決定性因素。中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計研究院副總工程師章駿表示，他們在選材時主要選用產(chǎn)品性能值高且波動范圍小的產(chǎn)品。
C919大飛機(jī)有2196、2198、2099鋁-鋰合金，還有Al-Li-Sc合金，肯聯(lián)鋁業(yè)公司為研發(fā)鋁-鋰合金，與法國伊蘇瓦爾（Issoire）鋁業(yè)公司合作生產(chǎn)A380寬機(jī)體飛機(jī)所需的相關(guān)材料，歷時4年半時間。
最后一個課題也就是第四階段的任務(wù)，解決復(fù)合材料供應(yīng)問題。民用飛機(jī)用的復(fù)合材料有兩類：發(fā)動機(jī)用的高溫高強(qiáng)材料，機(jī)身結(jié)構(gòu)用的高強(qiáng)高韌材料，已在2020年完成此課題，但還不能提供有市場競爭力的民用飛機(jī)復(fù)合材料。當(dāng)前，中國生產(chǎn)的這類材料不但品質(zhì)不盡如人意，不能全盤滿足客戶要求，而且價格貴得驚人，為進(jìn)口材料的5倍。
鋁材是民用飛機(jī)制造最重要的關(guān)鍵材料之一，也是用得最多的材料，鋁加工業(yè)應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量意識、過程控制意識、成本意識，盡快將大飛機(jī)鋁材的國產(chǎn)化率提高到98%以上。為了推動國產(chǎn)鋁材的應(yīng)用，中國商飛對鋁加工業(yè)航空材料生產(chǎn)企業(yè)的過程控制提出了5項基本要求：一是識別出材料生產(chǎn)過程中的全部控制點并可確定其控制方法；二是驗證工藝參數(shù)“窗口”上下限的合理性；三是對重要原材料，例如重熔用鋁錠實施延伸的過程控制；四是生產(chǎn)過程應(yīng)有完整的記錄，并保存一定的時間，以便查閱；五是生產(chǎn)工藝記錄應(yīng)真實可靠并妥善保管。
C919帶動產(chǎn)業(yè)鏈翱翔藍(lán)天
中國民航大學(xué)航空經(jīng)濟(jì)研究所所長李曉津說：“大飛機(jī)不僅是為了滿足航空領(lǐng)域的發(fā)展需求，還能帶動諸多基礎(chǔ)學(xué)科的重大進(jìn)展，助力新材料、現(xiàn)代制造、先進(jìn)動力、電子信息、自動控制、計算機(jī)等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的群體突破，拉動眾多高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！睂崿F(xiàn)了兩個“從0到1”：一是技術(shù)上的“從0到1”，一架C919有400萬個零部件，把它們組裝起來并送上天，絕非易事；二是市場上的“從0到1”的突破，國產(chǎn)民機(jī)制造企業(yè)在市場意識、市場能力、市場經(jīng)驗等方面也幾乎是從零開始。
C919的目錄單價為6.53億元，其實現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營，可為上下游企業(yè)帶來商機(jī)，拉動國內(nèi)航空工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全面升級。以當(dāng)下大飛機(jī)投入產(chǎn)出比的1∶80計算，在維持目前C919國產(chǎn)化率不變的情況下，國產(chǎn)大飛機(jī)有望為產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)帶來萬億元級的市場規(guī)模。而隨著國產(chǎn)化率的提高，將帶動產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈再上新臺階，為中國航空業(yè)注入新的發(fā)展動力。
大飛機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈主要由機(jī)體、動力裝置、機(jī)載系統(tǒng)、零部件、原材料等組成。其中，機(jī)體部分占造價的約1/3，由機(jī)頭、機(jī)身、機(jī)翼、艙門等組成，由航空工業(yè)旗下企業(yè)承擔(dān)，100%的國產(chǎn)化。動力裝置目前主要為引進(jìn)，但是國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)會在短期內(nèi)上陣，替代進(jìn)口。當(dāng)下，有大量高科技企業(yè)投身于機(jī)載系統(tǒng)的研發(fā)與制造，全部取代國外產(chǎn)品的時日近在眼前。零部件包括鍛鑄件、標(biāo)準(zhǔn)件、電子元件等。原材料主要是鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼等，中鋁集團(tuán)、南山集團(tuán)、寶鋼等能全部供應(yīng)。C919的機(jī)頭、機(jī)身、機(jī)尾、機(jī)翼等分別由成飛、洪都航空、沈飛、西飛等企業(yè)提供。據(jù)稱，全國有約30萬人參與了C919大飛機(jī)的研制。李曉津稱，如果按民用飛機(jī)壽命周期的10年計算，大飛機(jī)給中國帶來經(jīng)濟(jì)增加值貢獻(xiàn)比為1∶86，就業(yè)貢獻(xiàn)比為1∶9.6，將為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶來巨大的效益。（王祝堂）
轉(zhuǎn)自：中國有色金屬報
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