發(fā)動機(jī)和材料的發(fā)展始終是制約我國航空工業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。在“綠色航空”甚囂塵上的今天，航空新材料的發(fā)展更加令人關(guān)注。
       “航空對材料的要求很突出，新材料在減少廢氣、油污染、提升旅客舒適感等方面都將起到重要作用。”中國科學(xué)院院士曹春曉日前在接受記者采訪時(shí)說，世界領(lǐng)先航空制造企業(yè)在設(shè)計(jì)新型飛機(jī)時(shí)越來越多地使用航空新材料。
       據(jù)悉，美國波音公司在設(shè)計(jì)制造787時(shí)，就以15%的鈦合金和50%的復(fù)合材料代替了原先的鋁合金材料，降低了飛機(jī)的使用油耗，不僅提高了運(yùn)營商的經(jīng)濟(jì)效益，也成功為環(huán)境“減負(fù)”。
       談及我國航空新材料的未來，曹春曉建議，我國現(xiàn)階段亟需全面開展航空新材料的研究，特別是應(yīng)用工程研究，充分認(rèn)識自主研發(fā)、制造的重要性，加強(qiáng)研發(fā)過程中的管理，盡快實(shí)現(xiàn)主要工序的數(shù)字化，使得關(guān)鍵航空材料不受制于人。

       沒有綠色材料就沒有綠色航空

       近年來，國內(nèi)外航空界在繼續(xù)重視飛機(jī)及發(fā)動機(jī)安全性的同時(shí)，也越來越關(guān)注節(jié)省資源、降低成本、保護(hù)環(huán)境等問題。因此，如何發(fā)展綠色航空成了航空業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。
       曹春曉認(rèn)為，航空對材料的要求非常突出，可以說沒有綠色材料就沒有綠色航空。什么是綠色材料呢？根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的產(chǎn)品生命周期影響評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ISO14042:2000，環(huán)境影響分為資源消耗影響、人類健康影響和生態(tài)影響3大類。因此，凡是有利于節(jié)省資源消耗、保護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境的材料技術(shù)均屬于綠色材料技術(shù)范疇。
       據(jù)悉，在執(zhí)行綠色航空理念過程中，對新材料運(yùn)用最突出的代表就是美國波音公司生產(chǎn)的787飛機(jī)。787跟同類飛機(jī)相比最主要的優(yōu)勢就是把油耗降低了20%，并相應(yīng)減少了排放，而787成功降低油耗與其對航空新材料的使用不無關(guān)系。由于材料輕，其產(chǎn)生的結(jié)果就是，大大降低了飛機(jī)的使用油耗。
       此外，綠色材料的使用還有益于人的身心健康。波音787通過大量運(yùn)用復(fù)合材料，成功避免了鋁合金易腐蝕的缺點(diǎn)，提高了飛機(jī)在高空飛行中對濕度的承受力，從而提高了乘客的舒適性。787對航空新材料的運(yùn)用也為購買它的航空公司帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益。
       曹春曉舉例說，我國的南方航空使用波音787執(zhí)飛北京西雅圖航線，飛行員體會最深的就是油耗確實(shí)減少，平均每小時(shí)可節(jié)省一噸航油，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量輕了，因此旅客數(shù)量又可以增加一些，且飛行速度快了，飛行時(shí)間也會縮短，這就實(shí)現(xiàn)了低成本運(yùn)營。
       可見，“飛機(jī)先進(jìn)不先進(jìn)，很重要的一點(diǎn)還是看它是否符合綠色航空理念。”曹春曉說，在減少廢氣、油污染、提升旅客舒適感的同時(shí)還能為公司創(chuàng)造出高效益、提升公司競爭力，這就是航空新材料研發(fā)的意義所在了。

       綠色航空不止一個(gè)內(nèi)涵

       先進(jìn)的航空材料是綠色航空發(fā)展的重要支撐，但是綠色航空卻遠(yuǎn)不止先進(jìn)的航空材料這一個(gè)內(nèi)涵。曹春曉認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)綠色航空的發(fā)展，首先要明確“以人為本”的理念。說到底，發(fā)展綠色航空的目的還是為了給人類創(chuàng)造一個(gè)更好的生存條件，從小處來說可以反映在飛行途中的舒適性上，從大處來說可以反映在節(jié)能減排上。
       因此，在堅(jiān)持“以人為本”的基礎(chǔ)上，除了加大航空新材料的研發(fā)外，還可以在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)和制造、綠色滑行等問題上下功夫。仍以波音787為例，其設(shè)計(jì)保證了飛行平穩(wěn)，還避免了由垂直陣風(fēng)引起的劇烈顛簸，在保障飛行安全的情況下加強(qiáng)了乘客的舒適度，這也是“以人為本”的一個(gè)體現(xiàn)。
       此外，由于波音787在整體結(jié)構(gòu)上對復(fù)合材料等綠色材料的選擇以及其優(yōu)秀的飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，不僅極大地節(jié)省了結(jié)構(gòu)重量、使結(jié)構(gòu)整體化的機(jī)艙的舷窗尺寸增大了30%，還成功為旅客開闊了觀看窗外世界的視野。可見，飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的減小，材料發(fā)揮了重要作用。然而，降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量也不能光靠材料。從空氣動力學(xué)角度看，如果飛機(jī)設(shè)計(jì)得好，阻力就會小，油耗也必然小。
       “要實(shí)現(xiàn)綠色航空，落地滑行也是我們要注意的地方。如何合理安排飛機(jī)停靠地點(diǎn)、如何更廣泛地執(zhí)行綠色滑行理念都值得我們?nèi)ニ伎肌?rdquo;曹春曉說，為實(shí)現(xiàn)“綠色航空”可以各使各的招，可以通過創(chuàng)新找到更多實(shí)現(xiàn)“綠色航空”的辦法。

       自己無法生產(chǎn)則受制于人

       談到我國現(xiàn)階段航空新材料的研制是否達(dá)到了發(fā)展綠色航空的要求時(shí)，曹春曉表示，總的來講，我國在綠色航空方面已取得較大的進(jìn)展，例如我國先后研制的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的鈦合金和復(fù)合材料用量不斷創(chuàng)新高。但如果要達(dá)到像波音、空客的研制水平，我們還需要一定的時(shí)間和努力。
       由于飛機(jī)的環(huán)保性在未來將是非常重要的一項(xiàng)評判指標(biāo)，曹春曉建議，我國現(xiàn)階段最需要做的是全面開展航空新材料的研究，特別是應(yīng)用工程研究。“對于航空新材料我們可以全球采購，誰質(zhì)量好、誰便宜就買誰的，但關(guān)鍵材料的供應(yīng)商當(dāng)中必須要有中國的供應(yīng)商，這就需要國家給予大力支持和研制單位的共同努力。”
       曹春曉不無擔(dān)憂地指出，這些材料如果我們自己無法批量生產(chǎn)出來，就一定會受制于人，所以就更需充分認(rèn)識自主研發(fā)、制造的重要性。當(dāng)然，現(xiàn)在反映出來的問題也并不意味著我們干不好，研制航空材料是一個(gè)需要各方面共同努力才能實(shí)現(xiàn)的過程。
       “我希望加強(qiáng)我們在研發(fā)過程中的管理，還要盡早實(shí)現(xiàn)主要工序的數(shù)字化。由于批量生產(chǎn)中存在一些人為因素導(dǎo)致批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性不理想，因此，主要工序的數(shù)字化必須得到重視。”曹春曉說。
       綠色航空概念是曹春曉十分關(guān)注的。在他看來，這一概念的提出是從戰(zhàn)略高度明確了我國航空產(chǎn)業(yè)綠色環(huán)保的發(fā)展方向。“由于之前不注意，我國在環(huán)境污染這方面的教訓(xùn)太多，付出的代價(jià)也很大，而現(xiàn)在回過頭來再補(bǔ)救效果就往往已經(jīng)處在非常被動的局面了。我們所有工作的目的其實(shí)都是為了人類生活得更健康、更愉快，可由于我們對資源的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染，把后人的資源都用光了，環(huán)境也變得越來越惡劣。”
       曹春曉最后強(qiáng)調(diào)，我們今天把“綠色航空”的發(fā)展放在非常重要的位置是一種必然，更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切要求。如何研制新材料，如何創(chuàng)造性地應(yīng)用新材料，如何讓我們的飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)變得更為環(huán)保等等問題，都將是我們思考的重點(diǎn)和新一輪的發(fā)展方向，更是實(shí)現(xiàn)“綠色航空”的必經(jīng)之路。