热门:曹春晓：先进战斗机歼20和歼31是如何炼成的

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【编辑推】8月17日，中国科学院院士曹春晓在年暑期院士专家系列科学讲台上发表了关于航空材料的演讲。 他在演说中说，我国军用歼击机的钛使用量也在增加。 我们歼8用钛少到2%，歼10用钛多到4%，歼11用到15%，歼20用到20%，歼31用到25%。 我们的运输20接近美国的c-17。 美国的c-17是全球奥特曼和我们的运气20雅号叫鲱鹏，钛的使用量都在10%左右。 其实两个等级差不多。 以下是曹春晓院士的演讲全文，已由本人审查预约。 我今天谈论的主题是“一代材料，一代飞机”，两者是辩证的关系。 演讲分为几个部分，除前言、结语外，中间有钛合金、复合材料、铝合金、钢三个部分。 这些是飞机机体中最重要的结构材料 “一代材料，一代飞机”是世界航空迅速发展史的真实写照。 一百多年来，材料和飞机相互依赖，相互推动了快速的发展。 航空结构材料一般处于材料行业的前沿，其技术含量高，技术难度大，无愧于材料世界的傲慢。 航空结构材料百年来的宏观变化共分为五个阶段 第一阶段是1903年美国兄弟发明了飞机，直到20世纪10年代，飞机机体的结构主要是木、布的结构，飞机的梁和框是用比较好的树做的，表皮是布做的。 那时飞机速度不快，这种材料也受得了。 到了20世纪20年代，飞机的速度有点快，树和布的材料受不了了。 从那以后，飞机的结构材料主要是铝合金和钢。 接着从1950年代到60年代，在这个时间段钛合金出现在全世界，这是它的优点。 20世纪50年代，钛合金作为工业的新金属材料出现在大家面前，设计者认为这种材料适合作为飞机的结构材料。 后来钛合金正式成为航空材料，铝、钛、钢三位一体构成了我们的主要结构材料。 从20世纪70年代到21世纪，出现了复合材料 发现复合材料比强度高，复合材料正在进入飞机的结构材料中。 从21世纪初到现在，这四种材料，但各自所占的比例发生了变化。 原来铝合金为主，现在复合材料为主。 为什么会有这些变化，因为有比强度。 对飞机来说，结构重量非常重要，这是比强度的问题。 比强度定义是每单位密度的强度，即强度/密度 钛合金在600度以下的温度比强度最高，铝合金和钢都不如钛合金。 钛合金的密度在4.51左右，比钢低得多 两者强度大致相同，但钛合金的密度低，因为这比强度高。 铝合金的密度只有2.71，但强度比钛合金低很多。 这是因为钛合金比强度高。 温度达到200，300度时，铝合金的强度马上下降，温度稍高的地方需要使用钛合金。 因此，钛合金的使用量不断创新 大飞机专业是两个大副本，一个是大运气，一个是大客人，军用运输机也是大飞机专业的重要副本。 这两架飞机的钛合金含量几乎一样，都是9%到10%。 c919的钛合金用量相当于777，已经先进了。 但是，与波音787、a350相比，我们的钛合金使用量还有差距，他们使用的是14%到15%。 现在俄罗斯和我们进行了ms21的研究开发，创造了钛合金含量的记录。 为什么俄罗斯用了那么多？ 钛合金是优势，产量也多，水平也好，所以ms21钛合金的使用量可能占25%。 这是资料的介绍。 恐怕创造了现在最好的记录吧。 刚飞的，比我们晚一点。 军用飞机的钛合金用的越来越多，钛合金的第一缺点是高。 民用飞机越来越考虑经济性，不一定多使用。 钛合金材料被用于刀口。 为了保证战争所需的空中特征，军用飞机上使用的东西在增加。 最高的记录是f22，这架飞机是钛41%，复合材料24%，铝合金只有15%，本来铝合金为主，现在钛合金为主。 f35也不少，有27%的钛。 美国的轰炸机就算是钛也很厉害。 b1轰炸机为21%，b2轰炸机为26%。 那么大的轰炸机用了26%的钛。 史上使用最多的是sr-71，高空侦察机。 钛的使用量是93%，这叫黑鸟。 因为涂了黑色的材料。 其飞行速度达到音速的3倍，飞行高度有时为30000米，有时为24000米，总之可以飞得很高。 与空气摩擦，机体表面温度高，需要使用钛合金。 93%使用钛合金，因此被称为钛合金飞机。 我们国家的民用飞机还在不断前进 例如，arj21使用4.8%，到c919使用9.3%。 我们国家军用歼击机的钛使用量也在不断上升 我们歼8用钛少到2%，歼10用钛多到4%，歼11用到15%，歼20用到20%，歼31用到25%。 我们的运输20接近美国的c-17。 美国的c-17是全球奥特曼和我们的运气20雅号叫鲱鹏，钛的使用量都在10%左右。 其实两个等级差不多。 航空母舰的战斗机我们使用的钛相当多。 美国最先进的舰载机f-18e/f的钛合金使用量为15%，我舰载机歼15飞鲨鱼的钛合金使用量达到20%。 钛合金应用于飞机结构的典型部件是起落架和台车 台车可以弯曲，六个车轮上有梁，梁必须受到很大的力，所以这根梁非常重要。 许多飞机的这个零件是钛合金，美国波音777是钛合金10-2-3，锻造的模具锻件很大，用45000吨液压机锻造。 飞机越大，起落架零件也就越大。 有些是用法国65000吨液压机锻炼的。 有更大的比如a380。 这根梁更大，锻件的重量是3210公斤，是3吨以上的重量。 这个锻件65000吨液压机不行。 他们必须委托俄罗斯。 你必须用俄罗斯75000吨液压机锻造这根横梁。 航空需要大锻件。 我们接下来要做929这样的更大的飞机。 我们的锻件可能也越来越大。 四川德阳双层最近自主研制了8万吨模锻机。 这是世界上最大的模锻机。 波音787起落架上的零件都是美国用更强的钛合金做的。 我们国家航空用的钛合金部件也很多，比如我们歼20使用了很多钛合金锻件 接下来对复合材料进行说明。 复合材料雄伟的时代到来，势头正在增长。 这几年复合材料发展迅速，复合材料多，a380为25%，这是转折点，到了波音787就使用50%的复合材料。 波音787用的复合材料增多后，油耗下降，航空企业达到了787家。 这促进了a350设计的重大评级，a350xwb的复合材料使用量上升到53%，比美国波音787用的多，表明复合材料倾向于多用于飞机。 其他许多各种飞机的复合材料使用量跃居首位。 我们国家的复合材料在歼击机上还可以使用，但还需要迅速发展。 我们歼20花在了29% 军用运输机y20现在使用8%，商用飞机arj21使用1%，我c919使用12%，今后也会继续改善。 为什么机体的材料结构中会出现以复合材料为优先的新结构？ 一个是价格便宜，性能更好。 这是因为比强度高，容易使结构一体化，所以能够减轻结构重量 飞机上零件越多，设计师希望零件越少越好，例如铆钉等，可以大幅节约结构重量。 复合材料特别容易一体化，几十个小零件成为一个一体结构物，处理问题。 例如，波音787的机体有几个台阶，每个台阶都是零件。 这么大的零件很快就组装好了，几段组合起来机体就出来了，这是复合材料的优点。 f35进气道弯弯曲曲也做了复合材料，节约了很多重量。 复合材料的价格越来越低是因为正在采取新工艺。 本来是人工店，现在是自动店，加上其他新技术，价格就下降了。 尽管如此铝合金和钢仍处于不可或缺的地位 我不能说使用钛合金和复合材料。 那些不用也行。 至少有相当长的时间不能分离铝合金和钢。 铝合金比钢便宜，也有可以使用的地方，但这个暂时不会消失。 基于现有铝合金，新合金陆续上市，上世纪，美国推出了三大法宝，7150，7055，2524。 美国在使用这三大法宝后确立了航空铝合金的世界特征。 铝锂合金的迅速发展也提高了铝合金的竞争力。 铝锂合金比通常的铝合金轻，强度高。 锂很轻，比水轻，所以加2%的锂的话强度也提高了很多。 7085是21世纪问世的最新法宝，也是美国发明的。 这个法宝可以做特大的锻件。 本来铝合金就不能太厚。 最大120毫米的厚度。 7085将有250毫米厚。 因此，如果有大一点的锻件就用了。 比如a380，有翼型锻件那么大，这是世界上投影面积最大的航空锻件，用7085做的。 超高强度钢现在大量使用300m钢，c919用起落架大量使用300m钢，300m钢之后a100钢迅速发展，a100钢的强度更高，但其价格也略高。 所以现在民用飞机通常必须使用300m钢 但是，军用飞机，比如f22等已经开始使用a100钢，越高。 我们的c919起落架使用了300m钢，所以钢有自己的定位。 我的生命度过了83个春秋，在航空行业和材料行业也奔走了61年。 我人生中最大的认识是什么？ 材料世界真美好，航空世界真美好，科学技术世界真美好。 当然，这个世界上也有很多事情。 困扰我们，很多问题真的很棘手，但这不能阻止我们追求世界的美好。 如果每个人都不能为这个世界奉献什么，就没有美好的人生。 衷心祝愿航空和材料共同前进，衷心祝愿伟大的祖国从航空大国和材料大国迅速发展成航空强国和材料强国。 (这次讲坛由上海市信息出版社、上海市科学技术协会主办、上海市科学技术协会、上海科学协会大讲坛管理事务所和新华网科学技术前端大师主办。 (本文来自澎湃信息，越来越多的原始信息请下载“澎湃信息”APP )

来源：搜狐微门户