#国产大飞机背后的中国黑科技#
距离国产大飞机投入使用只有一步之遥。
上海两会期间，上海CPPCC委员、COMAC总会计师吴永亮表示，C919目前处于适航取证阶段，预计2022年交付。
C919是中国首款完全按照国际先进适航标准研制的单通道大型客机，具有完全自主知识产权。它的机头、机身、翼对翼发动机等的设计。都是由中国自己的团队完成的。C919实现了飞机总体设计关键技术的100多项突破，背后是无数中国科学家几十年的心血。
从国务院成立大飞机重大专项领导小组开始，到C919等国产大飞机研制已经过去了15年，到上世纪的大飞机项目运10也已经过去了50年。
近日，两位参与国产大飞机研发的院士罕见地参加了同一个科普节目。在与中国科协“科创中国”联合制作的《院士开讲》中，中国科学院院士曹、中国工程院院士为大家普及了C919制造中使用的钛合金和金属3D打印技术的应用，让我们看到了国产大飞机背后技术攻关的艰辛过程。
给国产大飞机换上钛合金
2006年，国务院批准成立大飞机方案论证委员会，曹是唯一从事航材研究的成员。国产大飞机项目启动后，曹担任专家咨询委员会委员，走遍全国各地。大飞机项目涵盖民用和军用飞机，民用飞机代号为C919。
飞机的自重越小越好。飞机自重占其起飞总重量的百分比称为“飞机的结构重量系数”。在过去的70年里，没有一架飞机的结构重量系数低于27%，这是受大部件性能和制造能力的限制。钛合金是关键。通过钛合金材料和锻造技术的改进，可以减轻飞机的结构重量，增强其竞争力。
现在对经济性要求更高的C919使用8%的钛合金，相当于波音777的7.5%。大飞机的制造离不开技术要求极高的大型锻件。在《院士开讲》栏目中，曹展示了一个C919的钛合金锻造接头，命名为TC4，重量为600kg。为了制造类似的锻件，中国建造了世界上最高压力的8万吨水压机。
资料来源：Tik Tok 《院士开讲》，第5期
2015年11月，拥有中国自主知识产权的C919在上海下线，正式在全球公开亮相。曹肖春在现场激动不已，他40多年的梦想终于实现了。
2017年5月5日，C919大型客机在上海成功首飞。2021年3月，C919获得首单。到2022年初，C919已获得815架订单。
曹院士(左四)在C919下线现场。
弯道超车的3D打印技术
作为改革开放后的科研岗位骨干，王华明院士致力于用3D打印技术解决材料锻造难题，也为国产大飞机的研制发挥了关键作用。他今年50岁，在金属3D打印领域研究了22年。
“3D打印”在业内有一个更学术的名字：增材制造。这种诞生于1980年左右的制造技术，得益于计算机的发明，使得制造过程数字化。原理是将零件分成无限个平面，将三维复杂零件作为二维平面问题处理。
所谓“加法”，就是把原材料一层层加起来，做成新的材料，就像高等数学中的定积分一样。增材制造是指将粉末、丝等原材料熔化，完成合金化、凝固和材料制备的过程。同时，塑料薄膜直接成为一个零件，材料准备的过程本身就是制造com的过程
王华明院士团队研发的激光增材制造技术为国产大飞机和新型战斗机提供关键大型零部件。“我们团队真正瞄准的核心是如何控制微冶金的过程，做出高质量的材料，让材料的性质发生质的变化。”王华明说。
在《院士开讲》，王华明也分享了一段艰难的经历。美国的国外技术团队率先尝试用增材制造的方式制造钛合金构件，但疲劳性能不够。经过多次尝试，未能改善，于是他们在2005年左右放弃了这条路。王华明团队继续坚持，虽然起步比国外晚，但最终还是做出了可以用于大型飞机的关键部件。
009飞天茅台整箱鉴定,2009飞天茅台真伪视频6.jpg">来源：抖音《院士开讲》第九期从2007年起，王华明团队就已制造出许多非常复杂的构件。“以前我们总师们很头疼，他可以设计出非常好的结构，但我们搞制造的干不出来，现在你就可以把这个约束取消掉，自由地设计，我们想办法去做，当然我们可能永远跟不上设计师的步伐，但是你可以放开，你们至少有很多余地会改善。”王华明院士说。
拿C919来说，机头主风挡窗框就是王华明院士团队研发的。这种部件尺寸大、形状复杂，国内飞机制造厂的传统方法无法制作。欧洲一家公司可以制作，但周期漫长，需要两年时间才能交货，而且价格高昂，仅每件模具费就要50万美元。
2009年，王华明团队利用3D打印技术，耗时55天做出了C919机头钛合金主风挡整体窗框，成本不足欧洲锻造模具费的十分之一。
王华明团队通过和沈阳飞机设计研究所等机构的密切合作，在大型关键构件的制造上，已经取得了质的突破。除了省去模具、传统铸造锻造外，由于把三维问题当成二维来做，零件的大小、形状、尺寸，不再受制约，理论上不再受到制约。
“它将会改变未来装备的结构，也许会改变未来装备性能，也许一个飞机需要3万个零件，自重好几十吨，现在有了3D打印之后，几万个零件，也许变成2000个零件，数量已经大幅度减少。通过打印高品质的材料，强度在提高，自重也在减轻。”王华明说。
来源：抖音《院士开讲》第九期
科普和科研同样重要
除了机身，发动机也是钛合金应用的重要场景。航空发动机被看作是大型运输机和战斗机的“心脏”。在《院士开讲》中，曹春晓透露，“等长江涡扇发动机研制正式成功以后，也会用到我们这个C919上面。” 长江1000涡扇发动机的钛用量已经达到23%。
在《院士开讲》的最后，作为新中国成立后的第一代科学家，曹春晓院士表达了他的愿望：“第一个愿望是希望（使用钛合金材料）的新型国产飞机能够早日投入使用，第二个则是未来还能做出质量更高的国产（航空）发动机。”
来源：抖音《院士开讲》第五期
曹春晓院士表示，国产大飞机之路还很长，需要更多人参与进来。对此，王华明也深有同感。“要做大事情，你一个人是做不成的，要沉下心来，不要想着干每一份事情都要有一个眼前的这种利益，可能你需要合作，需要有个团队，不同的人在一起，干惊天动地事，做隐姓埋名臣，也许就是这么一种结果。”王华明说。
在他们看来，科普和科研同样重要。王华明院士曾参加央视《开讲啦》等科普节目，这次参加由抖音和中国科协“科创中国”联合出品的《院士开讲》，也是希望与更多年轻网友进行交流。
目前，曹春晓和王华明院士的两期内容已经在抖音、今日头条、西瓜视频上线，并吸引了上千万人次观看。
王华明院士的讲述很生动，将3D打印的过程比作“揉面”。而曹春晓院士很擅长与年轻人进行互动，虽然已是87岁高龄，却依然关注很多年轻人关心的话题，比如科研院系的男女比例，或是熬夜和加班问题。通过这些科普内容，越来越多的年轻网友开始对航天航空行业有了兴趣。
《院士开讲》抖音主页及部分内容
编辑 刘佳
