一架民航飛機(jī)沖向藍(lán)天，離不開“腳上”這一雙能夠在高速度、高載荷、高沖擊條件下正常工作的“鞋子”——航空輪胎。航空輪胎既要耐得住零下40℃到零上70℃的極端溫度，又要在飛機(jī)降落的一瞬間扛得住幾十噸以上的沖擊力，直接關(guān)系到飛機(jī)的安全性。
航空輪胎制造工藝極為復(fù)雜，被稱為輪胎制造領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，但是長期以來，其核心制造技術(shù)只被國外幾家公司所掌控。
突破關(guān)鍵核心技術(shù)，我國科學(xué)家開辟了一條新賽道，提出了“仿生合成橡膠”的技術(shù)路線。經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，科研團(tuán)隊通過對天然橡膠的分子結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵的化學(xué)組分進(jìn)行模仿，在今年實(shí)現(xiàn)了仿生合成橡膠技術(shù)的重要突破，完成了航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗(yàn)證。
位于廣州市黃埔區(qū)的航空輪胎大科學(xué)中心，近期已經(jīng)完成了設(shè)備安裝和部分功能調(diào)試，建成運(yùn)行后將為仿生合成橡膠制造的航空輪胎最終走向產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。航空輪胎大科學(xué)中心，有目前國內(nèi)最先進(jìn)的綜合研究試驗(yàn)臺，從航空輪胎的靜力學(xué)到動態(tài)特性研究都可以完成。
航空輪胎大科學(xué)中心主要由飛行起降動力學(xué)、硬核科技和航空輪胎制造實(shí)驗(yàn)基地組成，其核心是一系列飛行起降動力學(xué)大裝置，主要包括航空輪胎高加速試驗(yàn)臺、輪胎道面環(huán)境試驗(yàn)臺、飛機(jī)起落架擺振試驗(yàn)臺等大裝置。
航空輪胎高加速試驗(yàn)臺，是航空輪胎大科學(xué)中心里輪胎性能測試的利器。它能夠模擬、測試航空輪胎在最大每小時600公里的速度時與地面摩擦，同時發(fā)生輪胎的偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾等情況下，航空輪胎的可靠性及使用壽命。
經(jīng)過反復(fù)測試，目前由我國科學(xué)家研制并送到這里的仿生合成橡膠航空輪胎，在極端工作條件下，可以實(shí)現(xiàn)比天然橡膠制造的航空輪胎使用壽命提升35%以上。
據(jù)介紹，航空輪胎所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常見的汽車輪胎，既要耐得住零下40℃到零上70℃的極端溫度，又要在飛機(jī)降落的一瞬間，扛得住幾十噸以上的沖擊力，因此，航空輪胎性能測試非常關(guān)鍵。科研人員只有對輪胎進(jìn)行幾百到上千次極限測試后，才能了解輪胎的最大使用壽命。
航空輪胎是典型的消耗品，一般情況下使用200余次就需要更換。長期以來，我國民航飛機(jī)主要采用租用國外航空輪胎的方式，航空輪胎核心技術(shù)的自主可控勢在必行!
在吉林長春，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的試驗(yàn)基地里，一批批仿生合成橡膠下線，經(jīng)過壓塊包裝后，被送往制造工廠，用于新一批航空輪胎樣品的制造。
天然煙片橡膠，是生產(chǎn)航空輪胎的重要、關(guān)鍵原材料，主要產(chǎn)在東南亞國家，而中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所自主研發(fā)的仿生合成橡膠去除了天然橡膠的一些雜質(zhì)，從外觀顏色來看，仿生合成橡膠顏色更淺一些。
天然橡膠被譽(yù)為“黑色黃金”，是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有不可替代的作用。2022年，我國天然橡膠產(chǎn)量約74萬噸，消費(fèi)量超過660萬噸，近90%依賴進(jìn)口。
中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員白晨曦介紹，原材料是制約我國高端航空輪胎發(fā)展的第一步。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供給和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)，則非“仿生合成橡膠”這個辦法莫屬。
要達(dá)到航空輪胎的使用標(biāo)準(zhǔn)，需要讓仿生合成橡膠具有特級天然橡膠類似的性能?？蒲腥藛T通過模仿天然煙片橡膠的精細(xì)結(jié)構(gòu)，在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質(zhì)和磷脂，攻克了連續(xù)聚合工藝和工程技術(shù)，制備出了批量化仿生合成橡膠，其關(guān)鍵性能、指標(biāo)目前已達(dá)到進(jìn)口特級天然橡膠的水平。
中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長楊小牛指出，仿生合成橡膠的成功研發(fā)，標(biāo)志著我國已經(jīng)將天然橡膠從農(nóng)產(chǎn)品變成了工業(yè)品，克服了天然橡膠的品質(zhì)對地理位置的苛刻要求，也不再依賴進(jìn)口。我國可以根據(jù)市場需求，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)量，把存“戰(zhàn)略物資”變?yōu)榇妗凹夹g(shù)和生產(chǎn)裝置”。
破解了原材料供應(yīng)難題只是實(shí)現(xiàn)了新型民用航空輪胎國產(chǎn)化的其中一步。如何研制出具有強(qiáng)大性能和市場競爭力的航空輪胎產(chǎn)品，從而打通科技成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”？這是擺在科研人員面前的又一道難題。
彈性體功能復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室，可以對輪胎橡膠材料配方進(jìn)行各種性能驗(yàn)證試驗(yàn)，為輪胎設(shè)計提供數(shù)據(jù)。
科研人員自主研發(fā)出一套全新的數(shù)字輪胎工業(yè)軟件，同步實(shí)現(xiàn)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能預(yù)測。在軟件中，輪胎的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、受力情況等要素一目了然，不僅可以實(shí)現(xiàn)亞毫米級空間解析度上的設(shè)計，還大大縮短了原有的流程和開發(fā)時間。
為了實(shí)現(xiàn)航空輪胎核心技術(shù)自主可控這一目標(biāo)，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所依托“仿生合成橡膠”專項(xiàng)，已經(jīng)完成航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了仿生合成橡膠和數(shù)字輪胎工業(yè)軟件兩項(xiàng)“從0到1”的原創(chuàng)性技術(shù)突破，掌握了41項(xiàng)核心技術(shù)，從而使我國在航空輪胎工業(yè)上走出一條完全區(qū)別于西方國家的創(chuàng)新之路。
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