CAIEC实录 | 王晓红：产业互联，航空材料带动经济社会发展

2021-01-06

现在航空材料呈现出高性能、多功能、复合化、低维化、信息化、智能化、低成本、可维修、环保绿色的趋势。

01

峰会嘉宾


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    分享要点


1.航空材料是航空工业发展的关键技术

2.航空材料产业发展现状

3.航空材料与社会互促共进、协同发展

4.航空材料研究的国际合作日益活跃

5.展望



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峰会回顾


各位专家、投资人，上午好！首先非常感谢大会给我这个平台与大家分享，我将和大家分享以下五个部分：

第一部分，先简单介绍一下航空材料的内涵。

航空材料是指用于制造航空飞行器（像飞机、发动机、直升机等）的材料，按材料领域来分，主要包括钢铝钛、高温合金、复合材料、透明件、橡胶密封材料、隐身材料、涂层、功能材料与智能材料等。按产品来分，有一些半成品和零部件也属于航空材料，像高温合金的叶片/粉末盘、钛合金的整体框/机匣、铝合金的机翼壁板、透明件等。

航空材料是国防和国民经济中不可或缺的战略性关键材料，在“十二五”以前 ，国内常见的说法是“材料是装备发展的物质基础和技术先导”，从“十二五”开始，国家科技部在“十二五”规划中明确了“材料技术是总揽人类全局的高技术，是现代工业关键技术”。已经不仅仅是“基础”，而是“关键”了，地位提升了。

航空材料也是世界各国争先发展的高新技术，是国防尖端技术的重点。“一代材料、一代装备”，说的就是有了先进的材料才会有先进的装备。同时，航空材料对整个社会的技术进步和经济发展也有很强的辐射带动作用，除了推动武器装备更新换代以外，还牵引国家新材料的产业发展。

大家都说“材料对于武器装备非常重要”。但这个认识的形成经历了很长时间，其实最早提出材料重要的是美国，材料在美国空军的43项航空技术当中位居第二。右下角这张图引用了当时美国空军的研究报告，对于先进发动机来说，78%的贡献来自于材料，因为这张图是美国空军的研究结论，其权威性是不容置疑的！。目前国内常见的说法是材料贡献占50-70%。我认为78%的提法是不会过时，以后更先进的航空产品对先进材料的依赖性可能会进一步提升。

航空材料与工艺是先进航空产品的核心技术，对提高飞机和发动机的性能、降低成本、使用可靠性具有非常关键的作用。像飞机结构重量系数的不断降低，就是因为采用了钛合金、铝合金和复合材料等这些轻质高性能材料，并采用先进的成型工艺和损伤容限设计。同样，发动机推重比的不断提高，也是因为采用了高性能的钛合金、涡轮材料与热障涂层、先进的铸造技术等。另外在航电和机载系统也需要使用功能材料和智能材料等。

以航空发动机为例，它的工作环境很苛刻，涡轮进口温度达1700多度，压力很大，超过2个三峡大坝的蓄水压力！
 
涡轮转速每分钟几万转，产生巨大的离心力，每片叶片要承受十几吨的离心载荷，相当于重型卡车的重量！除此之外还要承受各种严苛环境的考核，要做叶片飞出试验，吞水、吞冰、吞鸟试验等。发动机的制造精度要求非常高，比如宽弦风扇叶片，叶片距机匣叶尖间隙只有毫米级，但是在发动机工作的时候很容易碰撞摩擦。另外发动机对可靠性也有很高的要求，像涡轮叶片的尺寸误差要求精确到一根头发丝的十分之一。

另外，航空发动机需要非常高的投入，像GE，RR、PW、snecma的年科研投入超过10亿美元，美国两大发动机投入超过87亿美元，GE90和F119这二款发动机研制费都是30亿美元，F135研制费用高达90亿美元。装备的研制周期也很长，比如发动机要经历多个研制阶段，并且在每一个阶段都要有相应的材料技术要研究。

航空产品的技术附加值也很高，据日本统计的数据来看，单位重量创造的价值发动机是最高的，汽车单位重量的价值相当于汉堡包，发动机相当于白银，发动机中的涡轮叶片相当于黄金。因此，航空材料的技术附加值非常高。

由于航空装备特殊的使用条件和严苛要求，航空新材料从研制到型号上的应用一般需要10年或者更长的时间。航空材料要求轻质、耐高温、综合性能好、长寿命、整体化，结构设计又总是把把材料用到极限，并且要求不断的提高极限，所以，航空材料研发的难度很大，必须要走完材料研制和应用研究两个全过程才能保证稳定可靠和成熟应用。
 
第二部分，航空材料的产业发展现状。

总体上讲，国内外都要求材料高温、高强、低密度。工艺要优质、高效、低成本。

欧美等航空强国已经安排了一系列航空材料的相关发展计划。

国外的技术研发也需要9-13年的时间，如果把制造工艺也考虑在内的话，则需要14-18年的时间，而且这还是在假定没有重大问题导致延期的前提下。

材料研究周期也很长，一个全新的材料需要20-30年，已经开始应用的材料还需要10年。但材料研究有很多阶段，资本投入不是从头到尾的投入，你可能只投入其中的一部分、一个阶段。

国外都是采用积木式的考核验证，类似于金字塔，每一级的复杂程度递增。从试样级到元件、模拟件、零件、组件、部件逐级进行验证。

国外的产业互联情况，举个美国航空发动机的例子，美国也是政府和军方提出需求，各自都建立公司自主知识产权体系，用标准来管控生产，供应商进行分级，会有二级配套厂商做的事情。材料研发主要由三大航空发动机公司PW、GE、RR主导，他们也都是以自行研制为主，辅之以政府及大学的基础研究力量。各自都建立了公司自主知识产权的材料和应用技术体系，用标准来管控生产。

国内充分利用全国资源，基本上形成了完整的产业链。比如，工信部批复的航空发动机材料、航空材料生产应用示范平台，把材料上、下游企业关联起来，有效解决新材料研制、生产和应用衔接不够的问题。
 
简单介绍一个成果转化的案例——石墨烯创新央地联动孵化平台，政产学用融协同发展，政府支持、产业支撑、用户需求、资本融合。其产业落地到全国各地。如石墨烯铝合金电缆产业落地到新疆。

第三部分，航空材料与社会互促共进、协同发展。

咱们国家的《国民经济和社会发展十三五规划》中上百条与航空材料相关，体现了航空材料发展与经济社会的发展存在着密不可分的联系。

1、航空材料辐射带动国民经济的快速发展，航空材料作为新材料的试验田，是国家战略新兴产业的重要组成部分。航空材料技术涉及金属材料、非金属材料、复合材料、功能材料等。从技术维度来讲，又涉及设计、制备、制造、检测、服务保障等技术。每个技术的发展都会带动相关领域的技术发展，因此，航空材料技术发展带动了多个行业的产业发展，并对全国起到辐射作用，成为我国的材料科学研究的先进代表和辐射带动源，促进制造业整体技术的提升和技术转型。目前高端制造业已经成为国民经济的支柱产业，新材料是国民经济的先导产业，国内一直充分发挥航空材料的技术优势，积极推进成果转化。例如，前面提到的石墨烯也在“一带一路”和“西电东送”国家重大工程上进行了推广应用。

2、社会资源助推航空材料大步向前发展。航空材料的发展也离不开政府政策的大力扶持以及社会资源强有力的支撑。国家和地方政府的相关政策、项目支持以及应用示范平台为航空材料研制提供了保障和支持，促进了航空材料的发展，也培养了一批人才。社会资源的大力支撑使得航空材料拥有更广泛的共享平台、交流平台、实践平台和人才培养平台。

第四部分，航空材料研究的国际合作日益活跃航空材料在对外合作中扮演了非常重要的角色。

例如，在工信部的支持下，国内参与了欧盟地平线2020计划。在这个国际合作中，“高效率制造”项目，由中方7家单位和欧方11家单位产学研大合作，取得了积极进展。由中国主导的绿色复合材料项目，欧洲8家和中方11家单位产学研大融合，向国际社会展示了我国自主知识产权的绿色复合材料，应用效果得到了空客和欧盟的正面评价。这些项目合作贯彻落实了我国开放创新的大政方针，并且在部分方向上引领了技术的发展。

最后一部分是展望。

现在航空材料呈现出高性能、多功能、复合化、低维化、信息化、智能化、低成本、可维修、环保绿色的趋势。建议从国家层面加强统筹规划，加大航空材料应用研究的支持力度，突出材料的技术验证，推动航空材料产业各个环节的良好衔接，促进上下游企业合作和有序竞争，引导更有秩序的资本理性投资。我国在航空材料领域还存在非理性的投资，比如碳纤维、变形高温合金、单晶炉等，市场需求就那么多，用户都喜欢用高品质的、便宜的，很多品质不够高的材料是没市场的。所以资本一定要理性投资。我认为专家们有责任和义务去引导资本投入，让投资人明白市场的真实情况。


▌本文为2020中国航空投资峰会的文字内容整理


分享嘉宾：中国航发北京航空材料研究院研究员王晓红

整理：空天界



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