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国产大飞机C919首飞试验成功,院士开讲背后的3D打印

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-05-18     来源:南极熊3D打印     浏览次数:3231

2022514日,编号为B-001JC919大飞机首次飞行试验圆满完成,这是中国商飞公司即将交付的首架C919。消息传来,迅速登顶各大热搜榜单。

这是近期我国在航空航天领域取得的系列成果之一。神舟十三号载人飞船返回地球,“天舟四号”货运飞船成功发射,多款战机换装“中国心”,种种成绩让“敢上九天揽月”不断成为现实,这离不开无数科研工作者的辛勤努力。

此前,来自中国科学院和中国工程的院士在公开讲座中亲身讲述科研历程,让公众了解到这些成果背后的攻坚过程。

国产大飞机背后的金属3D打印

C919是中国拥有完全知识产权的国产大飞机,中国团队完成了100多项关键技术攻关。以金属3D打印技术为例,3D打印钛合金零件在C919中首次得到成功应用,有效降低了飞机的结构重量,延长使用寿命。

在中国科协“科创中国”与抖音联合推出的视频科普栏目《院士开讲》中,中国工程院院士、材料制造专家王华明讲到了金属3D打印在国产飞机中的应用。这项技术也叫增材制造,其原理是把零件切分成无穷多的平面,把三维的复杂零件当成二维的平面问题来做。

“金属3D打印像是揉面,把粉和丝这样的原料,通过熔化这个过程,完成合金化,完成凝固,完成材料的制备,材料制备出来就已经是做成的复杂零件。”王华明形象地总结道。

2000年,王华明院士团队进入金属3D打印领域。当时,美国铸造业龙头企业Aeromet已经开始尝试用增材制造的方法,制造航空器的大型关键构件,已经进入工程验证阶段,但始终未能解决疲劳性能问题,最终认定这种方法无法实现,在2005年放弃了。

“那个时候他们最终得到结论,这条路走不通,用于做关键构件是不可能的。当然我们继续坚持,最后把它做成了。”王华明院士在《院士开讲》中说。2005年,王华明院士团队研制出了中国第一个安装到飞机上的3D打印零件。

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。这种构件尺寸大、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。而王华明院士所需成本不足欧洲锻造模具费的十分之一。

钛合金技术:从落后12年到世界前沿

除了民用大飞机,军用领域也有新进展。近日,多款战机换装国产太行发动机的新闻受到广泛关注。“太行”发动机也叫涡扇10系列发动机,其钛合金含量达到25%,与国外先进发动机钛用量相当。

有人评价说,航空发动机是飞机的“心脏”,是“要不来、也求不来的”,必须要靠自己。这背后是众多科研工作者长达66年的努力,曹春晓院士就是其中有代表性的一位。

国产大飞机C919首飞试验成功,院士开讲背后的3D打印

88岁的曹春晓一直记得他第一次听到“钛合金”三个字时的场景。

那是1956年,他刚从上海交通大学毕业,坚持想要从事国防科研,如愿被分配到北京航空材料研究所。报完到,研究所领导就安排曹春晓加入首个航空钛合金实验室的筹建。他到图书馆查资料、四处打听,才逐渐了解到,钛合金是一种新型金属,可以显著减轻结构的重量,提高使用性能,很适合用作航空材料。

“美国最早是在1954年使用钛合金的,而我们国家晚了12年。”对于曾经的落后,曹春晓在《院士开讲》中强调了两次。六十年代,他成功研制出“超高温锻造”和“相变温度压延”的创新性工艺,并和同事提出TC4钛合金叶片和盘研制作为我国航空用钛的突破口。1966年,中国诞生了第一台装上钛合金叶片的航空发动机,填补了空白。

八十年代,曹春晓创造性地提出了一种高低温交替的钛合金锻造工艺,应用在新型国产歼击机中,节约了数百万美元外汇。凭借这项具有国际先进水平的新工艺,曹春晓在1987年获得了国家科技进步奖一等奖。

国产歼击机上的钛合金用量不断增长,从歼-82%提高到歼-3125%;在需要更强抗腐蚀性能的舰载机上,歼15钛合金利用量达到20%,比美国F-18E/F舰载机更高。而在至关重要的航空发动机方面,太行发动机钛合金含量达到25%

敢上九天揽月,同时播撒“种子”

除了航空领域的进展,航天工程的一系列成果也屡屡受到关注,比如神舟十三号载人飞船返回地球、“天舟四号”货运飞船成功发射、“祝融号”发现火星水活动痕迹、学者发现月壤可催化生产氧气和燃料。“敢上九天揽月”,航空航天领域的进展展示了中国科技的“高度”。

中科院院士、火山地质与第四纪地质学家刘嘉麒在视频中提到,其实很多航天领域的工程都少不了地质学家的紧密配合,比如“祝融号”火星车应该落在哪里取样,月壤成分如何。目前,刘嘉麒院士所在的地址与地球空间研究所就承担了月壤研究工作。

和刘嘉麒院士一样,越来越多的科研工作者开始与大众直接对话,通过科普讲座的方式,让网友了解我国在航空航天等领域的进展。值得注意的是院士群体,他们是顶尖科技的创造者,深知科学传播的重要性。如今,他们进校园,参加论坛,或是在视频平台开设科普讲座,让大众了解到国产科技的进程。

“用短视频做科学传播和普及,对用户来说非常方便,知识和内容也很生动真实,规模和效果都更好,这也是科技创新的一种形式。”刘嘉麒院士在一支视频中这样表示。一期科普讲座视频能有上百万人观看,他对此很惊讶。

刘嘉麒、曹春晓、王华明等10位两院院士参加了由中国科协“科创中国”与抖音联合推出的科普栏目《院士开讲》。蔡荣根和潘永信等院士则在《院士开课啦》中科普火星、引力波、地磁学等领域知识。

在视频讲座的最后,88岁高龄的曹春晓院士提及自己的两个梦想。一个是坐上中国自主研发的国产大飞机,这将很快成为现实。另一个是希望研制出质量更好的航空发动机,这条路还很长,需要更多年轻人参与到科研中来,而科普便是播撒“种子”的过程。

关键词:3D打印
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