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國產航空輪胎跑出中國“加速度”

發布時間:2022-10-09 10:22:00來源: 科技日報

  航空輪胎對衝(chong) 擊、承載、生熱和耐磨等技術指標有著極為(wei) 苛刻的要求,要實現技術全鏈條自主可控,並真正地進入良性軌道,具有市場競爭(zheng) 力,獲得商業(ye) 化成功,必須要闖過材料研發、工程化和市場化“三道關(guan) ”。

  9月的嶺南,古樹陰翳下仍覺得非常潮熱。

  從(cong) 黃埔軍(jun) 校舊址向東(dong) 北出發25公裏,就能遠遠地看見矗立在黃埔區新龍鎮一座輪胎形狀的建築——這裏是即將建成的航空輪胎大科學中心。

  與(yu) 天氣同樣“火熱”的,是科研人員們(men) 激動而按捺不住的心情。在這裏,先進試驗設備——航空輪胎高加速試驗台的“日程表”,早已被排得滿滿當當。伴隨著尖銳刺耳的巨大聲響,短短幾秒鍾內(nei) ,輪胎運轉時速加速至300公裏/小時。這模擬了飛機起飛的全過程,輪胎的各項數據通過傳(chuan) 感器、攝像頭被全方位記錄下來,以備進一步分析。

  像這樣的大型試驗設備一共有七套,眼下,它們(men) 要做的就是評估航空輪胎裝在飛機上是否安全可靠。

  小小的輪胎有啥了不起?

  公開資料顯示,我國輪胎產(chan) 量占到了全球四成左右,是名副其實的輪胎大國。但單條輪胎的利潤卻低得可憐。“同樣型號、規格、用途的汽車輪胎,國產(chan) 名牌輪胎的價(jia) 格不足米其林、固特異等國外輪胎品牌的一半,有些企業(ye) 生產(chan) 一條輪胎的利潤僅(jin) 有二三十元。” 在行業(ye) 內(nei) 摸爬滾打近20年的黃埔輪胎(廣州)有限公司總經理王林龍告訴科技日報記者。

  汽車輪胎尚且如此,作為(wei) 行業(ye) 最尖端的產(chan) 品——航空輪胎的情況自不必說。“航空輪胎,國產(chan) 的?”聽到這個(ge) 問題,幾位資深飛機維修工程師都紛紛表示,至少在民航領域“聞所未聞”。

  航空輪胎對飛機的安全性和可靠性至關(guan) 重要,對衝(chong) 擊、承載、生熱和耐磨等技術指標有著極為(wei) 苛刻的要求。放眼全球,航空輪胎行業(ye) 的核心技術長期掌握在國外少數的大公司手中,對後來者而言,進入該領域門檻極高。闖出一條路,唯有靠科技創新。

  勇闖材料研發、工程化和市場化“三道關(guan) ”

  “我們(men) 就像在一間黑屋子裏,連門在哪裏、有沒有門都不知道。”這是中國科學院長春應用化學研究所(以下簡稱長春應化所)所長楊小牛剛承擔任務時真實的想法。

  照貓畫虎,生產(chan) 出一條航空輪胎不難,通過偶爾的測試也不難。但要實現工業(ye) 化生產(chan) 、質量追上甚至超越國外品牌,技術全鏈條自主可控,並真正地進入良性軌道,具有市場競爭(zheng) 力,獲得商業(ye) 化成功,必須要闖過材料研發、工程化和市場化“三道關(guan) ”。

  正應了楊小牛常常警醒團隊成員的一句話:科學,沒有捷徑可以走,沒有彎道可以超。

  橡膠材料,是研發航空輪胎亟須攻克的第一道難關(guan) 。

  橡膠被譽為(wei) “黑色黃金”,作為(wei) 重要的戰略物資和工業(ye) 原料,橡膠在國防軍(jun) 工、航空航天、交通運輸等諸多領域具有不可替代的地位。

  從(cong) 某種意義(yi) 上來說,橡膠改變過人類的曆史進程。1941年12月7日,珍珠港事件爆發;六周後,日本攻占東(dong) 南亞(ya) 地區,掌握了世界90%以上的橡膠供應,迫使美國爆發“橡膠危機”。時至今日,來自東(dong) 南亞(ya) 的頂級天然橡膠,仍是生產(chan) 航空輪胎的重要原材料。

  要實現穩定供給、大規模工業(ye) 化生產(chan) 、自主可控的目標,則非人工合成橡膠這個(ge) 辦法莫屬。長春應化所在此領域有著悠久、深厚、光榮的曆史和積澱。1950年,新中國第一塊合成橡膠——氯丁橡膠就誕生於(yu) 此;該所20世紀70年代研製成功的鎳係順丁橡膠生產(chan) 技術,至今仍處於(yu) 世界領先水準。

  如今,長春應化所研究員白晨曦帶領團隊接過前輩手中的火炬,致力於(yu) 高性能仿生合成橡膠的製備和工程化工作。要達到航空輪胎的使用標準,需要讓人工合成橡膠具有天然頂級煙片膠類似的性能。其關(guan) 鍵是在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質和磷脂。

  “我們(men) 就像在無人之地奔跑,有目標,路卻需要自己走。”白晨曦說。從(cong) 技術路線到配方選擇,從(cong) 合成裝備到仿生枝接……數年時間彈指一揮,他和團隊成員埋頭尋找材料的最優(you) 解。

  北國春城捷報頻傳(chuan) :小試、中試成功;百噸級、千噸級開車成功,材料配方迭代了很多次,還將根據未來技術和產(chan) 業(ye) 發展的需要繼續迭代下去。

  長春應化所的科研人員們(men) 在無人的荒野中蹚出一條康莊大道。

  全鏈條自主可控國產(chan) 航空輪胎走出實驗室

  自東(dong) 北一路南下,3000公裏之外的廣州,大科學裝置的建設如火如荼。

  除了投入使用的高加速試驗台,廣東(dong) 粵港澳大灣區黃埔材料研究院(以下簡稱埔材院)研究員崔榮耀向記者介紹了每一處場地的功用——即使現在隻是一座座鋼筋交織、空蕩蕩的基坑。他興(xing) 致盎然地描繪著圖景,仿佛真的有起落架從(cong) 高空砸下,產(chan) 生了輪胎的形變、起落架的擺振。

  思維敏捷、話語中充滿對未來希望的崔榮耀,其實已經退休多年。他與(yu) 眾(zhong) 多科研工作者有一個(ge) 共同的目標:解決(jue) 航空輪胎工程化問題。

  標準,是一款產(chan) 品適用與(yu) 否的關(guan) 鍵。但航空輪胎的標準就像一個(ge) “盲盒”:現有測試數據、評價(jia) 標準大多由國外材料翻譯而來,知其然卻不知其所以然。“航空輪胎動力學大裝置就是要解決(jue) 這個(ge) 問題。”崔榮耀說。

  一係列先進的試驗裝置,可以還原在真實使用場景中輪胎的表現,搜集並建立包括航空輪胎、汽車輪胎、特種輪胎等幾乎所有下遊產(chan) 品的數據庫,利用數字孿生、模擬地麵動力學等實驗裝置,實現由基礎理論、硬核科技共性技術再到工業(ye) 產(chan) 品研發的突破。

  舉(ju) 例來說,航空輪胎需要對其對抗衝(chong) 擊、大承載、低生熱和高耐磨等多個(ge) 矛盾性參數進行綜合設計,充分平衡它們(men) 之間的性能關(guan) 係,實現高可靠要求。這需要模擬實際工況進行測試,預測出輪胎一共能完成的起降次數。

  在實踐中,航空輪胎有時會(hui) 經受零下50—60攝氏度的低溫環境,以及降落時升至150攝氏度的溫度劇變;有時則需要在短時間內(nei) 達到起飛速度;有時則需要在幹燥、結冰的跑道上起降……

  “為(wei) 了實現航空輪胎的高可靠性,我們(men) 需要了解其全生命周期的表現,希望將其壽命末期出現爆胎控製在特定部位,甚至精準到哪一次出現。”楊小牛說。

  傳(chuan) 統意義(yi) 上,輪胎尤其是航空輪胎迭代的鏈條、周期較為(wei) 漫長;如今,幾乎可以保持動態更新。巨大的跨越,源於(yu) 顛覆性的核心算法、完全獨立自主的數字輪胎工業(ye) 軟件。在軟件中,輪胎的各項數據、受力情況等要素一目了然,大大縮短了原有的流程和開發時間。

  負責軟件開發的項目研究員葉峰表示,該軟件從(cong) 核心算法上進行了顛覆性的創新,使用了基於(yu) 等幾何原理的底層算法求解策略,同步實現輪胎結構設計與(yu) 性能預測,加速了產(chan) 品製造的迭代進程,形成多個(ge) 規格型號的航空輪胎產(chan) 品的並行開發能力。

  從(cong) 材料到產(chan) 品,全鏈條自主可控的國產(chan) 航空輪胎走出了實驗室,變成了看得見、摸得著的樣品。

  技術外溢助推行業(ye) 高質量發展

  一年365天,登門找技術的企業(ye) 就有近400家,埔材院的門檻幾乎被企業(ye) 踏破了。該研究院是長春應化所與(yu) 地方政府共同建立的新型研發機構,建成了以航空輪胎動力學大裝置為(wei) 核心的高端輪胎研發及製造平台和芯片化學材料研發及製程驗證平台。

  “1+1+X是我們(men) 目前的發展模式。”埔材院副院長、研究員王傑告訴記者。第一個(ge) 1,就是是航空輪胎。航空輪胎是輪胎行業(ye) 皇冠上的明珠,在材料、工程製備等方麵沉澱下來的技術,有極佳的應用轉化前景。

  王傑舉(ju) 了個(ge) 簡明易懂的例子:新能源汽車輪胎有加速更快、滾阻更小、承載更大、噪音更低的要求,而對掌握了航空輪胎全鏈條技術的團隊來說,新能源汽車輪胎正是可以大展拳腳的領域。

  去年底,在黃埔區政府的支持下,埔材院與(yu) 當地企業(ye) 共同成立了注冊(ce) 資本達20億(yi) 元的黃埔輪胎(廣州)技術有限公司,第一批新能源輪胎產(chan) 品有望今年下線。

  特種輪胎、前沿技術也在這裏快速成長。非充氣輪胎被業(ye) 界認為(wei) 是輪胎的二次革命,有望解決(jue) 充氣輪胎在舒適性和操控性上的矛盾,徹底將“爆胎”變成曆史名詞。在國際上,也僅(jin) 有一家企業(ye) 在這方麵進行探索。

  在埔材院,年輕的研究員趙曉禮正帶領團隊針對非充氣輪胎進行關(guan) 鍵技術攻關(guan) 。“我們(men) 的樣品已經上路測試,目前要解決(jue) 的問題是提升最高行駛速度和高速下的連續行駛能力。”談起項目,趙曉禮信心十足。

  風乍起,吹皺一池春水。

  破除機製“藩籬”,先進而卓有成效的科技創新體(ti) 製被埔材院“複製粘貼”了過來,在生物醫用、高分子材料等諸多領域得到了創新性的應用,成果轉化的“X”有些應用絕對“出人意料”。

  90後科研工作者袁黎光,博士期間研究方向是聚氨酯材料。相比“時髦”的材料,聚氨酯多少顯得有點“老態龍鍾”。

  “我查了近年來的行業(ye) 期刊,發現聚氨酯大都作為(wei) ‘配角’出現,一度擔心自己能不能畢業(ye) 。”袁黎光笑著說。

  如今,他卻在工廠裏忙得腳不沾地。作為(wei) 高分子摩擦材料中心負責人,袁黎光把一項技術成果轉化成了汽車的隱形車衣。

  這完全是一次偶然的機會(hui) 。驚訝於(yu) 隱形車衣產(chan) 品的價(jia) 格,袁黎光對市麵上的產(chan) 品做了一點功課——上門買(mai) 邊角料。“車衣需要高透、耐磨和高韌性,以達到彰顯原車漆、抵抗剮蹭、防止穿刺劃傷(shang) 的目的,這不是巧了麽(me) ?”

  他原本的研究方向,就是以聚氨酯為(wei) 原材料、應用於(yu) 尖端裝備的塗層技術。廣州一家企業(ye) 聞訊趕來,最終決(jue) 定投入3000萬(wan) 元,購買(mai) 高耐磨聚氨酯材料技術進行成果轉化。目前,該產(chan) 品已經迭代了數次,很快就將出現在市場上。

  另一項有趣的成果轉化,出現在智能穿戴設備上,當地一家企業(ye) 與(yu) 埔材院就此達成長期戰略合作。該項目負責人張通告訴記者,這項技術的來源,是輪胎測試中經常用到的標定輪胎形變的接地印痕陣列傳(chuan) 感器,應用到智能穿戴設備上,可以更精準地對心率和血壓等參數進行實時測試。

  一批青年才俊成為(wei) 獨當一麵的骨幹

  仿生合成橡膠航空輪胎這一項目自啟動以來,僅(jin) 用兩(liang) 年半的時間,基本實現了全流程技術鏈條貫通。

  無論是退休返崗的老專(zhuan) 家、正值壯年的科研骨幹還是初出茅廬的青年科研工作者,都從(cong) 不同角度,表達了這次項目有點“不一樣”。

  用楊小牛的話說,項目的“指揮棒”變了。項目瞄準的不再是論文、獎項和“帽子”等指標,而是圍繞著航空輪胎這一國家需求,在布局伊始就進行了一體(ti) 化的設計,高效配置全產(chan) 業(ye) 鏈上的科技力量和創新資源,實現產(chan) 學研用各界心往一處想、勁往一處使,各種知識與(yu) 想法匯集,所有數據和成果共享,最終匯聚成了關(guan) 鍵核心技術攻關(guan) 的強大合力。

  體(ti) 製機製的創新,使得整個(ge) 項目生機勃勃。“在組織模式方麵,強化產(chan) 品導向、應用導向,形成了研究所+企業(ye) +地方三方麵聯合攻關(guan) 模式;在人才方麵,賽馬製、揭榜掛帥等製度已經在項目中得到廣泛應用。”楊小牛說。

  作為(wei) 仿生合成橡膠航空輪胎項目的總負責人,最令楊小牛欣喜的不僅(jin) 是成果,更是在實戰中凝聚的這支人才隊伍。1981年出生的郇彥,擔任專(zhuan) 項的副總工程師,對不同專(zhuan) 業(ye) 領域深入鑽研,開展統籌協調,已成長為(wei) 跨學科跨領域全麵發展的複合型人才,在重大任務中展現了自己的才華; 1987年出生的葉峰,則是工業(ye) 軟件的核心科學家;更有一批90後的青年才俊,在項目中成長為(wei) 獨當一麵的骨幹。

  在楊小牛的辦公室裏,一張壓在亞(ya) 克力板中的責任狀放在顯眼的位置。他一邊指給記者,一邊脫口背出上麵禁止性條款。簡單說,參與(yu) 專(zhuan) 項期間,不允許申報獎項、也不能申報其他項目了。

  “科學沒有捷徑,科學研究必須腳踏實地。”楊小牛說。在他看來,禁止性條款幫助科研工作者摒棄雜念,心無旁騖,全心全意地投入到專(zhuan) 項的科學研究工作中,攻克一項又一項核心技術。

  國產(chan) 航空輪胎也就在此良性循環中,跑出了中國“加速度”。(相錚、楊侖(lun) 、葉青、龍躍梅、趙英淑、滕繼濮、林莉君)

(責編:李雨潼)

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