对中国航空材料体系构造中若干问题的看法与建

View and Proposition of Several Problems for China Aeronautical Materials System in Structuring北京航空材料研究院钟培道摘要:本文就构建中国航空材料体系所要实现的目标,需要解决的问题及处理好的关系提出了看法,并提出了构建的具体步骤与方法。关键词:材料体系航空材料近10年来,各有关部门与单位就构建中国航空材料体系形成了共识,明确提出这是一项关系我国航空产业发展的基础性、长远性和全局性的工作。早在1996年航空工业总公司提出了构建中国航空发动机材料基本体系的任务,并于1998年正式立项研究。2000年国防科工委下达了建立中国军工材料体系研究总课题。中国航空材料体系研究是其6项研究任务之一,并分为航空发动机材料体系、飞机材料体系、直升机材料体系和机载设备材料体系4项研究课题分头进行。研究分为两个阶段。第一阶段的任务是:对我国目前在产与在研的飞机、直升机、发动机与机载设备主要零部件对材料的需求,所用材料牌号、标准与特种工艺进行调查、统计与分析,并对各类材料的牌号分别提出优选、可选与限选的处理意见;分别提出建立飞机材料体系、直升机材料体系、发动机材料体系及机载设备材料体系所要达到的目标;分别制订实现其目标的方案与具体措施。目前,第一阶段的任务已完成。第二阶段的任务是:组织力量,将4份研究报告进行汇总、整合,提出中国航空材料体系研究的总报告;将第一阶段所取得的研究成果转化为生产力,建立符合我国国情的中国航空材料体系。下面仅对构建中国航空材料体系第二阶段过程中将要面临的若干问题提出看法与建议。一、实现四项目标中国航空材料体系是由航空产品(飞机、直升机、发动机及机载设备)所用各类材料的牌号系列、性能数据系列、标准系列以及相关的政策法规系列4部分组成的,以满足航空装备使用要求为目的的有机整体。因此,构建中国航空材料体系要实现如下目标。1. 建立各类材料牌号系列建立具有不同性能水平,能满足不同档次航空产品要求的各类材料牌号系列,实现一材多用,减少材料牌号,避免重复。2. 建立材料性能数据系列建立由材料基本性能数据、零部件使用性能数据以及零部件强度设计、可靠性评估与寿命预测需要的性能数据等组成的性能数据系列,以实现材料性能数据资源共享,充分发挥材料潜力,优化结构设计。3.建立相互协调配套的材料标准系列建立与各类材料牌号系列相适应的材料标准、制件成形工艺标准、材料理化性能检测与质量控制标准等相互协调配套的材料标准系列,使材料生产与使用走上规范化与程序化的轨道,以提高材料质量,降低材料成本。4. 建立相关的政策法规系列制订有关材料选用、材料研制、材料采购、材料标准化、材料性能数据测试、管理与使用以及仿制产品材料本土化等项工作的原则、程序与要求,作为政策法规加以贯彻实施。二、解决四个问题我国航空材料的发展与航空产品一样,经历了引进、仿制、改进、改型到自行研制的道路,目前,我国航空材料的总体水平和生产能力基本上能满足各类航空产品生产与研制的需求。然而,由于历史的原因,未能及时构建我国自己的航空材料体系,至今仍存一些急需解决的问题。1. 材料牌号多、乱、重目前,我国航空材料牌号总数多达2000余个。各类材料均不同程度地存在牌号多、乱和重复现象。其原因是近20年来在引进英、法、美、俄等国的航空产品与技术过程中,由于没有及时制定相应的政策法规,缺乏科学而理性的分析,不适当地强调尊重原设计和原机用材,从而引进仿制了一大批相关国家的各类材料牌号。致使多国材料牌号云集,各类材料牌号均不同程度地存在多、乱、重现象。2. 材料性能数据少、缺、散与材料牌号多、乱、重现象相应的是材料性能数据少、缺、散。"少",多数仿制材料牌号只有表征其性质与特征的基本性能数据,少数材料牌号只有技术标准中要求的5项力学性能(σb、σ0.2、δ5、ψ、ak)数据;"缺",有些关键件的材料牌号,缺少按损伤容限设计或按可靠性设计所需的性能数据,零部件在使用条件下的材料性能数据更是缺少;"散",由于材料牌号多、乱、重,必然影响材料质量的稳定性、均匀性和一致性,致使材料性能数据分散、离散系数增大。3. 材料标准不协调、不配套在大量引进与仿制各国材料牌号的同时,相应地引入了各有关国家的材料标准。由此,在我国航空产业内出现了多国材料标准并存,互不兼容和难以贯彻的复杂局面,致使至今还未建立起相互联系与协调配套的我国航空材料、热工艺与理化检测的标准体系。4. 政策法规不健全由于我国航空材料主要是根据不同时期航空产品仿制、改进改型和自行设计的需求而发展起来的,在此过程中未能及时制定出相关的政策法规。目前有关材料选用、材料研制、材料性能、材料标准、材料采购、以及材料国产化等政策法规仍未制定颁布,更没有形成政策法规系列。这些问题严重地制约着我国航空产业的发展,主要表现如下。给航空产品的设计、可靠性评估、寿命预测、加工制造以及使用维护等造成极大困难;在严重制约建立适合我国国情的各类材料牌号系列以及与之配套的标准系列的同时,使我国航空材料的选用、研制、生产与使用等难以走上科学化、规范化与程序化的轨道;材料生产企业难以组织起规模化生产,致使材料质量较差,价格较高,最终导致航空产品使用可靠性降低,成本增高,从而削弱我国航空产品在国内外市场上的竞争能力。为了促进我国航空产业的发展,必须构建我国自己的航空材料体系,以便从根本上改变我国航空材料的被动局面。三、处理好五个关系构建中国航空材料体系不仅涉及到相关政策、法规、管理体制、航空产品的发展战略与规划,同时还涉及到航空产品设计、制造与使用以及航空材料研制、生产与市场营销等众多环节,是一个复杂的系统工程。因此,在构建中国航空材料体系过程中,需要正确处理好如下5个方面的关系。1. 局部与整体的关系航空材料包含飞机材料、直升机材料、发动机材料和机载设备材料。在将4者整合汇总成中国航空材料体系(即第二阶段研究任务)过程中,要正确处理好局部与整体的关系。除将4者所用材料的特性和对材料的特殊要求按各自的方式加以处理外,还要将4者的共性加以整合汇总,形成我国统一的航空材料体系,即对通用材料牌号及其性能数据与标准、需求与发展、研制与生产等作为一个整体加以协调处理,以体现航空材料的整体性。2. 材料工程"四要素"的关系材料研制的出发点和目的在于实现其在一定工况条件下的使用价值。为此,要全面认识构成材料的"成分与组织、合成与加工、性能与质量、使用与维护"四要素的相互关系。在构建材料体系时,要将"四要素"作为一个整体,处理好材料研制、材料生产与材料应用过程中的相互关系。3. 需求与发展的关系新材料的研制源于"型号需求牵引"和"技术发展推动"。由于材料研制从立项到应用,一般周期都较长,靠型号需求牵引立项研制的新材料,往往难以赶上型号研制的进度,造成新材料研制成果不能实现在原定型号上应用。因此,在处理"型号需求牵引"与"技术发展推动"的关系时,不宜过分强调前者,更不宜搞型号研制与所用材料研制并举,而应充分重视材料技术发展对航空产业的推动作用,改变目前存在的新材料的研制赶不上型号研制进度的被动局面。4. 新材料研制与定型材料改进的关系长期以来,我国航空材料领域存在重视新材料研制,轻视对定型材料的挖潜改进研究的倾向,导致单一用途的材料牌号多,而一材多用的牌号少。为改变这种状态,要正确处理好二者的关系,做到既要重视对新材料的研制开发,又要鼓励对定型材料的挖潜改进。这是航空材料发展的一个重要方面,也是提高航空产品性能与使用可靠性,降低制造成本的重要措施。5. 创新与仿制的关系目前我国航空产品所用的各类材料牌号中,大多数是仿制国外的,只有少数材料牌号是国内开发研制而拥有自主知识产权。处理好创新与仿制的关系是构建中国航空材料体系的关键,首先要制订好相关政策法规,积极鼓励开发研制拥有自主知识产权的新型先进材料;其次对用作关键件、重要件的国外材料牌号,在充分论证,确定具有先进性和应用前景的情况下,方可立项仿制。四、步骤与方法在对飞机材料体系、直升机材料体系、发动机材料体系以及机载设备材料体系4份研究报告汇总分析的基础上,形成中国航空材料体系研究总报告,然后制订实施的具体方法与步骤,组织实施。这部分工作是将研究成果转化为工程应用的关键,关系到构建中国航空材料体系的成败,为此提出以下建议。1. 理顺与建立航空用各类材料的牌号系列理顺与建立航空用各类材料的牌号系列的原则是:淘汰落后牌号,限用综合性能差与使用面窄的牌号,合并性能水平相近的牌号,推荐优先选用综合性能好的牌号,开发研制暂缺的先进材料牌号,建立起具有不同性能水平档次的各类材料牌号系列,达到压缩减少材料牌号的目的。可采用以下方法。对现有材料牌号进行分类处理在收集汇总我国目前在产与在研飞机、直升机、发动机及机载设备所用材料的基础上,对各类材料的牌号分为"优选"、"可选"和"限选"三类,作为理顺与建立各类材料牌号系列的依据。采取不同措施解决多国材料牌号共存与重复问题●对以往在引进国外航空产品(含飞机、直升机、发动机及机载设备,以下同)过程中所仿制的各类国外材料牌号,且目前尚未纳入国军标、航标、冶标等行业以上标准者,进行全面清理和综合对比分析,然后加以处理:对目前国内没有但具有应用前景的予以立项研究,若经鉴定合格者,纳入标准,归入该类材料的牌号系列中;对其余的国外材料牌号,严格加以"限用"。 ●在熟悉与掌握有关国家各类材料牌号成分、性能及标准的基础上,进行深入的对比分析研究,然后进行处理:如果国内现有某材料牌号的化学成分、力学及工艺性能与引进航空产品所用材料牌号相近,可代替相应国外材料牌号;对国内现有材料牌号不能代替的国外材料牌号,可用国内性能优于国外的同类材料牌号代用;对国内现有材料牌号难以代用的少量国外材料牌号可立项仿制、或可直接向国外采购。加强对定型成熟材料牌号的挖潜改进研究对前面所述的4份研究报告中确定为"优选"牌号中的某些有扩大应用前景的牌号,可立项深入研究,挖潜改进,使其成为一材多用的牌号,以取得更好的使用价值和技术经济效益。开发研制先进材料牌号在分析研究目前我国航空产品所用各类材料牌号系列、材料的需求以及国外各类航空材料发展动态的基础上,提出未来5~15年内需要立项研制的材料牌号,然后分批组织实施。2. 补充测试性能数据,建立性能数据库补充有关材料牌号缺少的性能数据对确定为"优选"的材料牌号,提出尚需补测的性能数据清单;对用作关键件、重要件的材料牌号,提出需要补充测试有关结构设计、可靠性评估及寿命预测等有关性能数据。建立航空材料性能数据库按照《HB XXX 航空材料性能数据测试、管理与使用的原则、程序与要求》的规定,将各材料研制单位与生产厂家、各航空厂所对各类材料各个牌号所测试的性能数据收集、汇总与归类,建立统一的航空材料性能数据库。3. 完善航空材料标准系列在建立航空用各类材料牌号系列的同时,完善与建立包括各类材料牌号标准、理化性能检测标准及热工艺标准在内的航空材料标准系列。目前我国各类航空产品所用材料标准有国家标准、国家军用标准、航空与其他行业标准、型号标准及企业标准等,为此,在建立我国航空材料体系时,需采取如下办法以完善航空材料标准系列。以国军标和航标作为航空材料体系的主体标准目前,航空产品中的关键件与重要件所用材料绝大多数是以国家军用标准或航空专用标准订货生产。因此,应以国军标和航标作为航空材料体系的主体标准,即只有纳入这两个标准的材料牌号才能作为各类材料牌号系列中的成员。及时解决"优选"、"可选"和"限选"材料牌号的标准问题对目前仍按型号标准或企业标准订货生产的"优选"与"可选"材料牌号,应尽快创造条件,纳入国军标或航标;对于"限选"的材料牌号,若已纳入国军标或航标的应适时将其去除或作出限用说明,尚未纳入标准的今后不得纳入。统一理化检测标准为满足相应材料标准所需数据测试结果的准确性和一致性,避免供需双方出现检测结果不一致的矛盾,应对相关材料标准中所涉及到的理化检测标准加以统一。制订与制件成形相关的材料工艺标准金属材料的零件成形工艺(如铸造、锻压、热处理、焊接及表面处理等),复合材料与非金属材料的制件成形工艺,不仅涉及到具体材料的特性,而且直接关系到制件的使用性能,因此,均需针对具体材料和具体制件,制订出相应的工艺标准与工艺说明书。4. 制订相关政策与法规由于我国航空产品的选材在很大程度上受到产品引进所在国设计选材思想和材料体系的影响,各类航空产品所用材料种类与牌号、材料标准与理化检测标准等均明显带有产品引进国的特色。因此,要建立我国自己的航空材料体系,改变多国材料云集我国的局面,首先要制订相关政策与法规,完善运行机制,规范行业行为,使材料选用、材料研制、材料生产及材料使用等各项工作走上科学化、规范化与程序化的轨道。当前应制订与颁布实施的标准为:航空材料选用原则、程序与要求;航空材料研制原则、程序与要求;航空材料采购原则、程序与要求;航空材料性能数据测试、管理与使用原则、程序与要求;航空材料标准制订、修订及管理原则、程序与要求;引进国外航空产品中的材料本土化原则、程序与要求。将上述6项标准以国家军用标准颁布实施。

在第四届中国天津直升机博览会上,国产直升机成为展会的主角。业内人士表示,从当初的“望尘莫及”到与世界强国“对等合作”,再到“走出国门”支持“一带一路”沿线国家发展,中国正向直升机强国大步迈进。 中国航空工业集团副总经理陈元先介绍,1956年国家决定在哈尔滨开展直5直升机的研制工作,开启了中国直升机工业的发展历程。 中航工业直升机设计研究所所长助理方永红介绍,建国初期,我国直升机工业与国际水平的差距远远大于后来无人机研究起步时的差距。经过几十年发展,从最初的仿制到今日的自主创新,我国直升机行业大跨步迈进,在理论研究方面与世界先进水平已非常接近。

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完整产业链撑起“直升机家族” 业内人士介绍,经过60多年发展,中国直升机工业实现了历史性跨越,构建起谱系日趋完善的“直升机家族”。 坚持创新驱动发展,有力地推动了中国直升机工业向世界水平迈进。陈元先说,近年来,直9、直8、直11不断创新发展,共同打造了中国直升机工业三大基础平台,走出了一条中国直升机工业引进、消化、吸收、再创新的发展之路。直9系列直升机批量出口国外;直8直升机创造了大型直升机9000米升限的世界纪录,填补了高原直升机的空白。 经过60多年的创新发展,中国直升机工业构建了体系完备的研制、营销、服务、运营和维修保障等全产业链布局,拥有了先进的技术标准体系、材料标准体系、质量保证体系,建立了满足适航要求并于国际接轨的民机产品研制和工程技术服务体系。直升机已形成了从1吨到13吨的产品谱系。目前,中国航空工业直升机凭借12大系列、50多个型号的直升机跻身全球直升机制造商前列。直8、直9、直10、直11以及直19等系列军用直升机,以及AC311、AC312、AC313、AC352等系列民用直升机广泛应用。 从当初对世界直升机强国的“望尘莫及”,到如今我国直升机厂商已可与世界先进厂商“对等合作”,是历史性的跨越。据介绍,中俄联合研制重型直升机过程中,中国航空工业部门与俄罗斯直升机公司将“对等”探索实现突破。中俄双方在技术要求、技术规范等技术条款上达成共识,明确了对双方具体分工和项目的执行路线图。此前,中国直升机厂商还与全球直升机“巨头”——空客直升机联合研制中型多用途直升机AC352,并在去年12月20日成功实现首飞。 “底气”全赖技术进步 技术进步使中国直升机工业更有“底气”。中国航空工业直升机总设计师吴希明表示,中国军用直升机技术发展迅速,“军民融合”推进了军民用直升机协同发展。 在此基础上,中国直升机行业正迈向更高的台阶,为“一带一路”沿线国家提供支持。 中国航空工业直升机股份有限公司总经理吕杰表示,我国应正视中国航空工业整体起步晚于世界航空强国的事实和差距,直升机产业要以全球视野,积极融入世界航空产业链。 如今,中国直升机厂商正积极走出国门。吕杰表示,中国航空工业将支持帮助亚洲、非洲、拉丁美洲有需求的国家构建本国的制造和运营体系,还将与俄罗斯、法国、意大利、德国等国家展开整机与系统部件的合作。

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