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新聞動態

【科技日報】國產航空輪胎跑出中國“加速度”

時間:2022-10-18

  

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

  【深瞳工作室出品】

  采 寫:通 訊 員 相 錚

  本報記者 楊 侖 葉 青 龍躍梅

  策 劃:趙英淑 滕繼濮 林莉君

  9月的嶺南,古樹陰翳下仍覺得非常潮熱。

  從黃埔軍校舊址向東北出發25公里,就能遠遠地看見矗立在黃埔區新龍鎮一座輪胎形狀的建筑——這里是即將建成的航空輪胎大科學中心。

  與天氣同樣“火熱”的,是科研人員們激動而按捺不住的心情。在這里,先進試驗設備——航空輪胎高加速試驗臺的“日程表”,早已被排得滿滿當當。伴隨著尖銳刺耳的巨大聲響,短短幾秒鐘內,輪胎運轉時速加速至300公里/小時。這模擬了飛機起飛的全過程,輪胎的各項數據通過傳感器、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?!巴瑯有吞?、規格、用途的汽車輪胎,國產名牌輪胎的價格不足米其林、固特異等國外輪胎品牌的一半,有些企業生產一條輪胎的利潤僅有二三十元?!?在行業內摸爬滾打近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,作為行業最尖端的產品——航空輪胎的情況自不必說?!昂娇蛰喬?,國產的?”聽到這個問題,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重要,對沖擊、承載、生熱和耐磨等技術指標有著極為苛刻的要求。放眼全球,航空輪胎行業的核心技術長期掌握在國外少數的大公司手中,對后來者而言,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”

  “我們就像在一間黑屋子里,連門在哪里、有沒有門都不知道?!边@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。但要實現工業化生產、質量追上甚至超越國外品牌,技術全鏈條自主可控,并真正地進入良性軌道,具有市場競爭力,獲得商業化成功,必須要闖過材料研發、工程化和市場化“三道關”。

  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。

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

  從某種意義上來說,橡膠改變過人類的歷史進程。1941年12月7日,珍珠港事件爆發;六周后,日本攻占東南亞地區,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,來自東南亞的頂級天然橡膠,仍是生產航空輪胎的重要原材料。

  要實現穩定供給、大規模工業化生產、自主可控的目標,則非人工合成橡膠這個辦法莫屬。長春應化所在此領域有著悠久、深厚、光榮的歷史和積淀。1950年,新中國第一塊合成橡膠——氯丁橡膠就誕生于此;該所20世紀70年代研制成功的鎳系順丁橡膠生產技術,至今仍處于世界領先水準。

  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,致力于高性能仿生合成橡膠的制備和工程化工作。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。

  “我們就像在無人之地奔跑,有目標,路卻需要自己走?!卑壮筷卣f。從技術路線到配方選擇,從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解。

  北國春城捷報頻傳: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業發展的需要繼續迭代下去。

  長春應化所的科研人員們在無人的荒野中蹚出一條康莊大道。

  全鏈條自主可控國產航空輪胎走出實驗室

  自東北一路南下,3000公里之外的廣州,大科學裝置的建設如火如荼。

  除了投入使用的高加速試驗臺,廣東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——即使現在只是一座座鋼筋交織、空蕩蕩的基坑。他興致盎然地描繪著圖景,仿佛真的有起落架從高空砸下,產生了輪胎的形變、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。他與眾多科研工作者有一個共同的目標:解決航空輪胎工程化問題。

  標準,是一款產品適用與否的關鍵。但航空輪胎的標準就像一個“盲盒”:現有測試數據、評價標準大多由國外材料翻譯而來,知其然卻不知其所以然?!昂娇蛰喬恿W大裝置就是要解決這個問題?!贝迾s耀說。

  一系列先進的試驗裝置,可以還原在真實使用場景中輪胎的表現,搜集并建立包括航空輪胎、汽車輪胎、特種輪胎等幾乎所有下游產品的數據庫,利用數字孿生、模擬地面動力學等實驗裝置,實現由基礎理論、硬核科技共性技術再到工業產品研發的突破。

  舉例來說,航空輪胎需要對其對抗沖擊、大承載、低生熱和高耐磨等多個矛盾性參數進行綜合設計,充分平衡它們之間的性能關系,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達到起飛速度;有時則需要在干燥、結冰的跑道上起降……

  “為了實現航空輪胎的高可靠性,我們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制在特定部位,甚至精準到哪一次出現?!睏钚∨Uf。

  傳統意義上,輪胎尤其是航空輪胎迭代的鏈條、周期較為漫長;如今,幾乎可以保持動態更新。巨大的跨越,源于顛覆性的核心算法、完全獨立自主的數字輪胎工業軟件。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,該軟件從核心算法上進行了顛覆性的創新,使用了基于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性能預測,加速了產品制造的迭代進程,形成多個規格型號的航空輪胎產品的并行開發能力。

  從材料到產品,全鏈條自主可控的國產航空輪胎走出了實驗室,變成了看得見、摸得著的樣品。

  技術外溢助推行業高質量發展

  一年365天,登門找技術的企業就有近400家,埔材院的門檻幾乎被企業踏破了。該研究院是長春應化所與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核心的高端輪胎研發及制造平臺和芯片化學材料研發及制程驗證平臺。

  “1+1+X是我們目前的發展模式?!逼也脑焊痹洪L、研究員王杰告訴記者。第一個1,就是航空輪胎。航空輪胎是輪胎行業皇冠上的明珠,在材料、工程制備等方面沉淀下來的技術,有極佳的應用轉化前景。

  王杰舉了個簡明易懂的例子: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,埔材院與當地企業共同成立了注冊資本達20億元的黃埔輪胎(廣州)技術有限公司,第一批新能源輪胎產品有望今年下線。

  特種輪胎、前沿技術也在這里快速成長。非充氣輪胎被業界認為是輪胎的二次革命,有望解決充氣輪胎在舒適性和操控性上的矛盾,徹底將“爆胎”變成歷史名詞。在國際上,也僅有一家企業在這方面進行探索。

  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鍵技術攻關?!拔覀兊臉悠芬呀浬下窚y試,目前要解決的問題是提升最高行駛速度和高速下的連續行駛能力?!闭勂痦椖?,趙曉禮信心十足。

  風乍起,吹皺一池春水。

  破除機制“藩籬”,先進而卓有成效的科技創新體制被埔材院“復制粘貼”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后科研工作者袁黎光,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“老態龍鐘”。

  “我查了近年來的行業期刊,發現聚氨酯大都作為‘配角’出現,一度擔心自己能不能畢業?!痹韫庑χf。

  如今,他卻在工廠里忙得腳不沾地。作為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。驚訝于隱形車衣產品的價格,袁黎光對市面上的產品做了一點功課——上門買邊角料?!败囈滦枰咄?、耐磨和高韌性,以達到彰顯原車漆、抵抗剮蹭、防止穿刺劃傷的目的,這不是巧了么?”

  他原本的研究方向,就是以聚氨酯為原材料、應用于尖端裝備的涂層技術。廣州一家企業聞訊趕來,最終決定投入3000萬元,購買高耐磨聚氨酯材料技術進行成果轉化。目前,該產品已經迭代了數次,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,當地一家企業與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。

  一批青年才俊成為獨當一面的骨干

  仿生合成橡膠航空輪胎這一項目自啟動以來,僅用兩年半的時間,基本實現了全流程技術鏈條貫通。

  無論是退休返崗的老專家、正值壯年的科研骨干還是初出茅廬的青年科研工作者,都從不同角度,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化的設計,高效配置全產業鏈上的科技力量和創新資源,實現產學研用各界心往一處想、勁往一處使,各種知識與想法匯集,所有數據和成果共享,最終匯聚成了關鍵核心技術攻關的強大合力。

  體制機制的創新,使得整個項目生機勃勃?!霸诮M織模式方面,強化產品導向、應用導向,形成了研究所+企業+地方三方面聯合攻關模式;在人才方面,賽馬制、揭榜掛帥等制度已經在項目中得到廣泛應用?!睏钚∨Uf。

  作為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,擔任專項的副總工程師,對不同專業領域深入鉆研,開展統籌協調,已成長為跨學科跨領域全面發展的復合型人才,在重大任務中展現了自己的才華; 1987年出生的葉峰,則是工業軟件的核心科學家;更有一批90后的青年才俊,在項目中成長為獨當一面的骨干。

  在楊小牛的辦公室里,一張壓在亞克力板中的責任狀放在顯眼的位置。他一邊指給記者,一邊脫口背出上面禁止性條款。簡單說,參與專項期間,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?!睏钚∨Uf。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項的科學研究工作中,攻克一項又一項核心技術。

  國產航空輪胎也就在此良性循環中,跑出了中國“加速度”。

(科技日報 通訊員相錚 記者楊侖 葉青 龍躍梅 2022年10月9日)

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