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研发航空新材料 促进“绿色航空”发展
时间: 2021-02-21 15:41     作者: 365竞猜

  当前,世界领先航空制造企业越来越多地在设计新型飞机时使用航空新材料,“梦想客机”波音787就是其中的代表之一。波音公司在设计制造B787时,以15%的钛合金和50%的复合材料代替了原先的铝合金材料,大大降低了飞机的使用油耗,这不仅提高了运营商的经济效益,更为我们的生存环境成功“减负”。究竟航空新材料对发展“绿色航空”有何意义?我国航空新材料当前研发制造情况如何?为解答这些疑问,在“创意经济与绿色航空”分论坛举办前夕,《中国航空报》记者采访了分论坛演讲嘉宾、中国科学院院士曹春晓,请他对这些问题进行了阐释。

  《中国航空报》:曹院士,您认为航空新材料的研发对绿色航空的发展有着怎样的意义?

  曹春晓:近年来,国内外航空界在继续重视飞机及发动机安全性的同时,也越来越关注节省资源、降低成本、保护环境等问题。因此,如何发展绿色航空成为当下很热门的话题,急需集思广益。我认为航空对材料的要求还是很突出的,可以说没有绿色材料就没有绿色航空。什么是绿色材料呢?根据国际标准组织制定的产品生命周期影响评价标准ISO14042:2000,环境影响分为资源消耗影响、人类健康影响和生态影响三大类。因此,凡是有利于节省资源消耗、保护人类健康和生态环境的材料技术均属于绿色材料技术范畴。现阶段看来,在执行绿色航空理念过程中对新材料运用最突出的代表就是波音生产的787飞机。787跟同类飞机相比最主要的优势就是把油耗降低了20%,并相应减少了排放,而787成功降低油耗跟它对航空新材料的使用不无关系。由于材料轻,油耗就低,因此波音公司在设计制造787时,以15%的钛合金和50%的复合材料代替了原先的铝合金材料,其产生的结果就是,大大降低了飞机的使用油耗。

  此外,绿色材料的使用还有益于人的身心健康。787通过大量运用复合材料,成功避免了铝合金易腐蚀的缺点,提高了飞机在高空飞行中对湿度的承受力,从而提高了乘客的舒适性。787对航空新材料的运用也为购买它的航空公司带来了更大的经济效益。举个例子,我国的南方航空就使用787执飞了从北京飞往西雅图的航线,飞行员体会最深的就是其油耗确实少,平均每小时可节省一吨航油,实现了节能减排,由于飞机结构重量轻了,因此旅客数量又可以增加一些,且飞行速度快了,飞行时间也会缩短,这就实现了低成本运营。

  可见,飞机先进不先进,很重要的一点还是看它是否符合绿色航空理念。在减少废气、油污染、提升旅客舒适感的同时还能为公司创造高效益、提升公司竞争力,这就是航空新材料研发的意义所在了。

  《中国航空报》:您认为要实现绿色航空,除了加大航空新材料的研发之外还需要哪些努力?

  曹春晓:先进的航空材料是绿色航空发展的重要支撑,但是绿色航空却远不止这一个内涵。要实现绿色航空的发展,我认为首先要明确“以人为本”的理念。说到底,发展绿色航空的目的还是为了给人类创造一个更好的生存条件,从小处来说可以反映在飞行途中的舒适性上,从大处来说可以反映在节能减排上。因此,在坚持“以人为本”的基础上,我们除了加大航空新材料的研发外,还可以在飞机、发动机的设计和制造、绿色滑行等问题上下功夫。还以787为例,其设计保证了飞行平稳,还直接避免了由垂直阵风引起的剧烈颠簸,在保障飞行安全的情况下加强了乘客的舒适度,这也是“以人为本”的一个体现。

  另外,由于787在整体结构上对复合材料等绿色材料的选择以及其优秀的飞机结构强度设计,不仅极大地节省了结构重量还使结构整体化的机舱的舷窗尺寸增大了30%,开阔了旅客的视野。可见,飞机结构重量的减小,材料发挥了重要作用。然而降低飞机结构重量也不能光靠材料,就拿飞机来说,从空气动力学角度看,如果它设计得好,那么阻力就会小,必然油耗也就小了。最后,我认为要实现绿色航空,落地滑行也是我们要注意的地方。如何合理安排飞机停靠地点、如何更广泛地执行绿色滑行理念都值得我们去思考。总之,为实现“绿色航空”我们可以各使各的招,我也希望可以通过创新发现更多促进“绿色航空”的办法。

  《中国航空报》:您认为我国现阶段航空新材料的研制是否达到了发展绿色航空的要求?

  曹春晓:总的来讲,我国在绿色航空方面已取得较大的进展,例如我国先后研制的飞机和发动机的钛合金和复合材料用量不断创新高但如果要达到像波音、空客的研制水平,我们还需要一定的时间和努力。

  由于飞机的环保性在未来将是非常重要的一项评判指标,所以我觉得现阶段我们最需要做的就是全面开展航空新材料的研究,特别是应用工程研究。对于航空新材料我们可以全球采购,谁质量好、谁便宜就买谁的,但关键材料的供应商当中必须要有中国的供应商,这就需要国家给予大力支持,研制单位也要加倍努力。这些材料如果我们自己无法批量生产出来,就一定会受制于人,所以就更需充分认识自主研发、制造的重要性。当然,现在反映出来的问题也并不意味着我们干不好,研制航空材料是一个需要各方面共同努力才能实现的过程。我希望加强我们在研发过程中的管理,还要尽早实现主要工序的数字化。由于批量生产中存在一些人为因素导致批量生产的稳定性不理想,因此,主要工序的数字化必须得到重视。

  《中国航空报》:您认为绿色航空这个概念的提出将对我国航空产业的发展有着怎样的战略意义?

  曹春晓:我认为最重要的是从战略高度和长远整体意义上促进我国的航空产业往绿色环保的方向发展。由于之前不注意,我国在环境污染这方面的教训太多,付出的代价也很大,而现在回过头来再补救,往往就已经处在非常被动的局面了。我们所有工作的目的其实都是为了人类生活得更健康、更愉快,可由于我们对资源的浪费和对环境的污染,把后人的资源都用光了,环境也变得越来越恶劣。因此,我们今天把“绿色航空”的发展放在非常重要的位置是一种必然,更是经济发展的迫切要求。如何研制新材料,如何创造性地应用新材料,如何让我们的飞机及其发动机变得更为环保等等问题,都将是我们思考的重点和新一轮的发展方向,更是实现“绿色航空”的必经之路。

  当前,世界领先航空制造企业越来越多地在设计新型飞机时使用航空新材料,“梦想客机”波音787就是其中的代表之一。波音公司在设计制造B787时,以15%的钛合金和50%的复合材料代替了原先的铝合金材料,大大降低了飞机的使用油耗,这不仅提高了运营商的经济效益,更为我们的生存环境成功“减负”。究竟航空新材料对发展“绿色航空”有何意义?我国航空新材料当前研发制造情况如何?为解答这些疑问,在“创意经济与绿色航空”分论坛举办前夕,《中国航空报》记者采访了分论坛演讲嘉宾、中国科学院院士曹春晓,请他对这些问题进行了阐释。

  《中国航空报》:曹院士,您认为航空新材料的研发对绿色航空的发展有着怎样的意义?

  曹春晓:近年来,国内外航空界在继续重视飞机及发动机安全性的同时,也越来越关注节省资源、降低成本、保护环境等问题。因此,如何发展绿色航空成为当下很热门的话题,急需集思广益。我认为航空对材料的要求还是很突出的,可以说没有绿色材料就没有绿色航空。什么是绿色材料呢?根据国际标准组织制定的产品生命周期影响评价标准ISO14042:2000,环境影响分为资源消耗影响、人类健康影响和生态影响三大类。因此,凡是有利于节省资源消耗、保护人类健康和生态环境的材料技术均属于绿色材料技术范畴。现阶段看来,在执行绿色航空理念过程中对新材料运用最突出的代表就是波音生产的787飞机。787跟同类飞机相比最主要的优势就是把油耗降低了20%,并相应减少了排放,而787成功降低油耗跟它对航空新材料的使用不无关系。由于材料轻,油耗就低,因此波音公司在设计制造787时,以15%的钛合金和50%的复合材料代替了原先的铝合金材料,其产生的结果就是,大大降低了飞机的使用油耗。

  此外,绿色材料的使用还有益于人的身心健康。787通过大量运用复合材料,成功避免了铝合金易腐蚀的缺点,提高了飞机在高空飞行中对湿度的承受力,从而提高了乘客的舒适性。787对航空新材料的运用也为购买它的航空公司带来了更大的经济效益。举个例子,我国的南方航空就使用787执飞了从北京飞往西雅图的航线,飞行员体会最深的就是其油耗确实少,平均每小时可节省一吨航油,实现了节能减排,由于飞机结构重量轻了,因此旅客数量又可以增加一些,且飞行速度快了,飞行时间也会缩短,这就实现了低成本运营。

  可见,飞机先进不先进,很重要的一点还是看它是否符合绿色航空理念。在减少废气、油污染、提升旅客舒适感的同时还能为公司创造高效益、提升公司竞争力,这就是航空新材料研发的意义所在了。

  《中国航空报》:您认为要实现绿色航空,除了加大航空新材料的研发之外还需要哪些努力?

  曹春晓:先进的航空材料是绿色航空发展的重要支撑,但是绿色航空却远不止这一个内涵。要实现绿色航空的发展,我认为首先要明确“以人为本”的理念。说到底,发展绿色航空的目的还是为了给人类创造一个更好的生存条件,从小处来说可以反映在飞行途中的舒适性上,从大处来说可以反映在节能减排上。因此,在坚持“以人为本”的基础上,我们除了加大航空新材料的研发外,还可以在飞机、发动机的设计和制造、绿色滑行等问题上下功夫。还以787为例,其设计保证了飞行平稳,还直接避免了由垂直阵风引起的剧烈颠簸,在保障飞行安全的情况下加强了乘客的舒适度,这也是“以人为本”的一个体现。

  另外,由于787在整体结构上对复合材料等绿色材料的选择以及其优秀的飞机结构强度设计,不仅极大地节省了结构重量还使结构整体化的机舱的舷窗尺寸增大了30%,开阔了旅客的视野。可见,飞机结构重量的减小,材料发挥了重要作用。然而降低飞机结构重量也不能光靠材料,就拿飞机来说,从空气动力学角度看,如果它设计得好,那么阻力就会小,必然油耗也就小了。最后,我认为要实现绿色航空,落地滑行也是我们要注意的地方。如何合理安排飞机停靠地点、如何更广泛地执行绿色滑行理念都值得我们去思考。总之,为实现“绿色航空”我们可以各使各的招,我也希望可以通过创新发现更多促进“绿色航空”的办法。

  《中国航空报》:您认为我国现阶段航空新材料的研制是否达到了发展绿色航空的要求?

  曹春晓:总的来讲,我国在绿色航空方面已取得较大的进展,例如我国先后研制的飞机和发动机的钛合金和复合材料用量不断创新高但如果要达到像波音、空客的研制水平,我们还需要一定的时间和努力。

  由于飞机的环保性在未来将是非常重要的一项评判指标,所以我觉得现阶段我们最需要做的就是全面开展航空新材料的研究,特别是应用工程研究。对于航空新材料我们可以全球采购,谁质量好、谁便宜就买谁的,但关键材料的供应商当中必须要有中国的供应商,这就需要国家给予大力支持,研制单位也要加倍努力。这些材料如果我们自己无法批量生产出来,就一定会受制于人,所以就更需充分认识自主研发、制造的重要性。当然,现在反映出来的问题也并不意味着我们干不好,研制航空材料是一个需要各方面共同努力才能实现的过程。我希望加强我们在研发过程中的管理,还要尽早实现主要工序的数字化。由于批量生产中存在一些人为因素导致批量生产的稳定性不理想,因此,主要工序的数字化必须得到重视。

  《中国航空报》:您认为绿色航空这个概念的提出将对我国航空产业的发展有着怎样的战略意义?

  曹春晓:我认为最重要的是从战略高度和长远整体意义上促进我国的航空产业往绿色环保的方向发展。由于之前不注意,我国在环境污染这方面的教训太多,付出的代价也很大,而现在回过头来再补救,往往就已经处在非常被动的局面了。我们所有工作的目的其实都是为了人类生活得更健康、更愉快,可由于我们对资源的浪费和对环境的污染,把后人的资源都用光了,环境也变得越来越恶劣。因此,我们今天把“绿色航空”的发展放在非常重要的位置是一种必然,更是经济发展的迫切要求。如何研制新材料,如何创造性地应用新材料,如何让我们的飞机及其发动机变得更为环保等等问题,都将是我们思考的重点和新一轮的发展方向,更是实现“绿色航空”的必经之路。

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