大飞机设计师谈创新丨如何走好商用飞机复合材料研制之路

　　20世纪30年代铝合金的问世，取代了帆布和木材，曾给飞机结构设计带来了一次革命性的飞跃。从本世纪初开始，先进复合材料在民用飞机上的大规模应用，同样引起了一场飞机结构设计的重大技术变革。

　　所谓复合材料，就是由两种或两种以上材料独立物理相通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能，还可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此联系，从而获得新的更优越的材料性能。将复合材料用于飞机结构上，可比常规的金属结构减重20%以上，并能明显改善飞机气动弹性特性，同时还能获得良好的抗疲劳、耐腐蚀特性。

　　复合材料这些优异的特性，让每一个结构设计师都兴奋不已，但可惜天下从来没有免费的午餐。当我们认真审视复合材料结构的整个研发过程，就会发现其复杂性相比传统金属结构成倍地增加，主要体现在：第一，复合材料结构基本失效模式多种多样且失效机理复杂，至今没有工程可用的失效准则对其强度进行准确预测；第二，复合材料结构工艺制造过程繁复冗长，且对操作精度要求较高，同时对关键的成型过程无法做到实时观测调整；第三，复合材料零件必须通过无损测量技术对内部质量进行评判，而其制造缺陷类型同样五花八门；第四，服役运营环境对复合材料产品性能有较大影响，且维修维护更为困难。以上种种复杂特性最终都会影响到产品的安全性和经济性，因此在研制过程中必须统筹考虑。如果对需求理解得不全面，技术研发不充分，加上基础数据积累的匮乏，就往往会导致研制过程出现较多的反复。在经历了一段坎坷，也积累了一定经验之后，我们总结出复合材料结构研发必须要走一条守正创新之路。

　　所谓“守正”，其本质就是要掌握规律，抓住主要矛盾。结合复材结构研制的具体过程来说，就是要坚持“两透一控”，践行系统工程理念，以积木式试验为基本方法，以DBMOCT要素协同为组织模式，以门禁和成熟度管理为管控手段，从而完成对复合材料结构产品的正向实现。做到“守正”有两个关键点，一方面需要吃透需求，牢牢抓住“适航符合性”这一最低要求以及“全寿命周期成本最低”这一最高要求，在研制的每个阶段对设计、工艺、制造、维修、运营的各专业要求与特点进行充分权衡，切实做到DBMOCT各要素的协同；另一方面需要吃透技术，以技术成熟度为客观评价标准，在产品研发每一阶段对标门禁要求完成充分的试验验证，确保技术风险可控。

　　摸清规律，明确目标，控制风险，只有走对了这万里长征第一步之后，才能在研制过程中真正做好创新。而对民用飞机复材结构研制而言，更需要强调的是过程中的延续性创新，即认真做好边际优化。坚持小积累，记录小发现，注重小改进，开发小工具，积跬步以至千里，是做好延续性创新的不二法门。新材料的选择、新方法的创造、新工艺的尝试、新设备的引入，都不是一蹴而就的，都需要日积月累，然后才能由量变引起质变，形成真正的技术突破。

　　复合材料结构研制的守正创新之路，道阻且长。