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國內有關部門廢舊飛機輪胎簽約處置單位20多年來公司不斷追求變廢為寶的高價值研發
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中國航空輪胎發展迅速,產業迎來新破局,國產部件突破之路不容易

時間:2023-06-08 來源:唐山三捷環?萍加邢薰

  航空輪胎是飛機上可靠性要求超高的重要部件,飛機的起飛和降落都必須依靠輪胎內部各種強大獨特的功能實現,它關系到成千上萬人的生命安全,一旦出現質量問題,將會發生災難性后果。因此對航空輪胎的質量就有苛刻的要求。

  2020年7月,三角輪胎研發的民用航空子午線輪胎,通過了民航標準CTSO-C62e規定的61次試驗。這次實驗的航空輪胎規格為30×8.8R15(A320客機的前輪胎),模擬試驗的通過,標志著該輪胎多項關鍵技術領域,包括輪胎材料、配方、結構、裝備以及工藝等,實現了突破。

  01航空輪胎國內需求大,但是技術難度大,進入市場不容易

  中國有著發展潛力大的民用航空市場,2017年5月5日,我國具有自主知識產權的大型噴氣式客機C919成功首飛, C919的到來帶動了國內飛機制造產業鏈的高速發展,航空輪胎便是其中的一個。

  飛機瞬間起落速度400~500km/h,飛機輪胎的載荷單胎是30噸以上,甚至達到了50噸的,相比較我們客車輪胎是3噸到5噸。

  (2013-2016年中國民航全行業運輸飛機在冊架數增長情況)

  航空輪胎他使用環境就是高溫、高壓,載荷特別大,速度特別快,在著陸的瞬間,不到1秒的時間,輪胎的溫度由當時環境溫度升到100度以上。

  一條航輪胎總共有十幾個部位,然后每個部位因為功能不一樣,材料配方也是不同的,每一個配方都需要經過成百上千次的試驗,歷經了幾年的時間,才能初步確定了航空輪胎的原材料以及配方。


  (斜交航空輪胎結構示意圖 關偉平,2016)

  輪胎原材料是決定輪胎質量的因素,但是如何把十幾種材料添加在一起,使其既能發揮各自的特性,又能抱成一團,形成具有超高速、超載荷、耐摩擦、耐撕裂,重量輕、壽命長的原材料呢,配方工程師開啟了崎嶇坎坷的實驗歷程。

  胎面、袋束、胎體,這些配方要求比較苛刻,所以需要經過反反復復的試驗,通過實驗數據的對比,優選出合適的優化的一個配方。


  按照優化的配方加工出來的材料,還需要經歷:曲撓、拉伸、磨耗等一系列實驗。終于令人滿意的航空輪胎,膠料配方被試制出來了。

  但是有了堅韌有力的“肌肉”用什么材料可以為航空輪胎安裝一副輕盈健壯的“骨骼”呢?這里需要一種新型的纖維簾線,它具有和普通鋼絲相同的強度,但是重量卻只有普通鋼絲的幾分之一,它是制造航空輪胎骨架的材料了。


  (子午線航空輪胎結構示意圖 關偉平,2016)

  但是把它安裝到輪胎的什么部位,安裝幾層,這又需要一個科學而精準的設計方案。相對于普通的胎體來說,我們可能是只要一層簾線就夠了,那么我們航空輪胎目前呢有5到到8層的胎體簾線,使用這個高強度的纖維簾線來設計航空胎體,那么可以使我們的胎體安全倍數更高,航空輪胎更堅固,更可靠,更耐用。

  航空輪胎做好了,還需要進入數百次的試航實驗過程,要進入國際市場還需要經歷更多的標準、檢驗、檢測、試航等過程。


  下表是2017年的全球輪胎企業生產情況,中國企業雖有生產,但是排名較低,國外寡頭把持,對于每年需求在60萬條的中國航空事業來說,是一個很大的支出。


  工藝及制造技術的苛刻要求,致使到今天國內大型民航客機使用的輪胎都只能依賴進口,隨著國產大飛機C919的首飛成功打破國外巨頭把控,讓國產自主研發的航空輪胎也能飛上藍天,成為中國輪胎制造企業的夢想。

  02國內企業聚焦技術攻關,航空輪胎動力學試驗大科學裝置即將落成

  該領域長期處于國際輪胎巨頭壟斷之下。米其林、固特異、普利司通輪胎,分別占有全球市場份額的37%、20%、30%,其余品牌僅為13%。在國內航空輪胎市場,國際巨頭更是占據95%以上的壟斷份額。作為全球輪胎產銷大國,中國輪胎行業在高端航空輪胎領域長期處于“失語”狀態,凸顯了尷尬的產業競爭力。


  回顧我國航空輪胎的發展史,一路走來很不容易。1951年1月,沈陽第三橡膠廠,由自行車輪胎工廠,改造為飛機輪胎生產工廠。當年2月,成功研制新中國的航空輪胎,三條660×160及480×200規格的。


  2017年12月17日,第二架C919國產大型客機試飛成功。次日,"大飛機子午線輪胎先進復合材料及結構的設計與制造基礎研究"項目啟動會,在北京召開。

  該項目屬于國家自然科學基金重大項目,由北京化工大學牽頭,參與單位包括哈爾濱工業大學、浙江大學、四川大學、華南理工大學。多家科研院所和生產企業形成合力,共同攻關航空輪胎。


  目前,國內正在研發航空胎的企業,還有曙光院、森麒麟、玲瓏等。其中,曙光院除了為運20開發了子午胎外,其余主要是非民用斜交航空胎;森麒麟的斜交航空胎,也通過動試,并拿到了適航證;此外,玲瓏輪胎也正在開發后輪航空子午胎。開發航空子午線輪胎技術,是三角輪胎“十三五”規劃的重要戰略內容。

  此次實驗的30×8.8R15規格,是國內通過民航動試標準的民用航空子午線輪胎產品。該重要科研成果,實現了國內民用航空子午線輪胎技術上“零”的突破。

  經過一系列的技術攻關,我國的輪胎生產企業發生了許多整合和項目合并,產業布局進一步優化。


  一條國產大飛機子午線航空輪胎正式下線,這條樣胎不僅為提高我國輪胎工業的國際競爭力,具有重大的戰略意義,同時也加速了中國實現自主研發大型民航空客機輪胎沖向云霄的夢想。

  國產輪胎經歷了材料攻關、裝配攻關、市場檢驗攻關中國伴隨著國產大飛機的崛起進一步拓展海外航空市場,以森麒麟為例,其已經與中國商飛簽署了戰略合作協議,是ARJ21支線客機、C919的本土輪胎供應商。此外,該公司與中俄聯合大飛機公司簽署協議,已成為CR929遠程寬體客機的潛在供應商。

  捷報頻傳,據悉,全國航空輪胎動力學試驗大科學裝置,航空輪胎大科學中心項目,計劃在2021年建成投入使用。位于廣州市黃埔區新龍鎮,其建設內容,包括航空輪胎動力學大科學裝置、航空輪胎硬核科技中心、輪胎博物館及整體室外工程等。



  此外,該項目還將建設輪胎博物館,主要用于展示車輪的演變過程、輪胎的的生產工藝流程等。

  9月16日,中國科學院院長白春禮出現在國新辦新聞發布會現場明確表示,要把美國的清單變成科研任務清單進行布局,其中包括:航空輪胎。

  近年來,森麒麟、三角、寧夏神舟等民營企業,在進軍航空輪胎的道路上,取得很大進步。然而,要切入國際巨頭霸占的全球飛機制造價值鏈分工平臺,搶奪存量和增量市場份額,并非易事。一方面,以普利司通、米其林、固特異為代表的國際品牌壟斷高端市場,大部分中國輪胎企業只能擠在中低端市場薄利廝殺;另一方面,近年來發達國家不斷發起的保護性貿易,也讓中國企業吃盡苦頭。


  航空輪胎是資金、技術密集型產業。多年來,國際輪胎巨頭不斷加大研發投入,構筑更高的資金壁壘和技術壁壘。該領域的技術研發門檻不斷升級。相比之下,中國企業的資金實力無法和國際巨頭相比,技術研發經驗也尚淺。要想跟上國際巨頭重金砸出的技術迭代升級腳步還需要更多的投入。航空輪胎國產替代之路,注定不會是一片坦途。

  03總結

  在輪胎制造領域,航空輪胎素來被稱為行業金字塔的塔尖,它對輪胎企業的技術和制造工藝都是大的挑戰。其工藝要求及制造技術苛刻,國際上只有幾家公司掌握設計、制造等技術。


  國產航空輪胎的研發、制造、驗證只是國產飛機的艱辛突破的一個縮影,一架飛機有數千萬個零件,需要多行業、多學科、綜合研制水平才能取得突破,近些年的國產飛機不斷突破,但是還需要更多的投入,即使部件和整機達到了設計要求,要進入實際飛行,還是困難重重

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