航空復合材料不但能提升產品輕量化水平，而且能夠適應極端的飛行環境，比如高壓強、沖擊和沖擊負載等，它可應用于各種飛機機身結構，比如機翼、機身和飛機內飾的制作。民用飛機市場在未來幾年持續的高需求，將進一步推動航空航天制造領域對材料的需求持續增長。
最新的民用飛機長期市場預測表明，客運量的增長和即將到來的飛機批量退役，將在未來20年間創造42730架新飛機的需求，未來20年，全球機隊對民用航空服務的需求還將持續增長，將催生總價值為15萬億美元的巨大市場。波音近日發布的《2018~2037中國民用航空市場展望》預測，中國未來20年間將需要7690架新飛機，總價值達1.2萬億美元。與2017年度發布的預測相比，新飛機需求的數量調高了6.2%，考慮到航空公司的機隊規模需要與持續增長的個人出行和商務旅行保持同步，中國依然是全球唯一一個萬億級美元的民用飛機市場。
航空運輸市場增長強勁
用飛機運輸乘客和貨物是最為高效的交通方式之一。中美、中歐和中國到亞太地區的航空客流量平均年增長率分別為5.7%、4.9%和5.9 %，將成為全球增長最快的交通流。從2018年到2037年，來往于中國大陸地區的國際航空運輸量的年均增長率將達到6.3%。到2037年，中國的人均乘機次數將增加超過3倍，從現在的0.4次增加到1.4次。
相關資料表明，我國國內的航空運輸量已經在過去10年以兩位數的增長率增長了4倍，是全球第二大航空運輸市場，今后有望成為全球第一。據統計，往來中國的國際航空運輸量在過去10年幾乎翻了一番。未來20年，我國航空客運量年均增長率為6.3%，高于世界平均增長水平，每天有300多萬人在我國境域內飛行。
巴航工業商用航空首席商務官阿爾然·梅耶爾（Arjan Meijer）表示，在全球范圍內，以中國為首的亞太市場是2017年客運量增長最強勁的地區，增長率為10%；中國航空市場也進入了一個平穩發展的成熟階段。得益于高于全球平均水平的經濟發展速度、基礎設施建設的持續推進、基本航空服務計劃的大力推行，以及因中產階級人數增長而涌現的出行需求，巴航工業認為，未來20年，150座級以下飛機在中國市場上將有極大的發展空間。
與此同時，巴航工業還指出，目前中國前三十大機場承擔了近80%的旅客總量，高度集中的航線網絡使得國內航空公司未來將發力更多二三線航空市場。
國際航空運輸協會（IATA）近日預測，到2020年，中國的進出港國際航班數量及國內航班客流量都將超過美國，進而成為全球最大的航空市場。
預測指出，中國經濟發展模式轉變為以國內消費為主，將使航空運輸需求大增。亞太地區將成為客流量增長的主要來源，未來20年，這一地區的客運需求將增長一倍以上。這一市場的增長是由經濟增長、家庭收入的改善、乘客忠誠度增加和人口增長共同推動的。
國際航空運輸協會表示，2037年，航空客運量將翻番，達到82億人。
業內人士認為，未來航空運輸量增長的主要驅動力將源于不斷增長的中產階級群體的個人消費，目前該部分在我國總體經濟中的比重為37%，到2037年，這一比重將會增加至43%。我國現有2000多架噴氣客機，隨著航空運輸量的增長，未來20年將發展到8000多架。
這樣一個巨大的市場需求，為航空復合材料帶來了廣闊的發展前景。
高端復合材料成新寵
長期以來，民用飛機大量使用鋁合金作為主要材質。2005年，全球首架全復合材料飛機誕生。這種新型復合材料具有比強度和比模量高，抗疲勞性能、耐腐蝕性能和整體成型性好等許多優異特性，將其用于飛機結構上，可比常規的金屬結構減重25%到30%，而且使飛機隱身、氣動彈性等綜合性能得到改善和提高。正是因為這些優勢，很多航空部件希望選用高性能的防熱復合材料，高端復合材料已經成為航空材料的“新寵”。
在航空領域，目前和今后20~30年的發展主流是用于制造航空航天飛行器結構件的碳纖維增強樹脂基復合材料。早在上世紀60年代，美國就陸續將碳纖維增強樹脂基復合材料用在軍機上，現在復合材料的用量已經占軍用飛機結構質量的20%~50%。其在客機上的結構重量也日益增加，如今已經開始廣泛應用于民用航空制造業。一些先進客機的復合材料重量已經超過金屬材料，目前世界上最先進的民用飛機，如波音787、空客A350在復合材料的應用上都超過了整個機體材料的50%，這也成為未來民機在材料選擇方面的一種趨勢。
業內人士認為，復合材料重量輕，可降低油耗，使運營成本顯著降低。采用復合材料的機身，能夠簡化制造工藝，減少大量結構件數量。更重要的是，長期加濕不會對飛機造成腐蝕，艙內空氣濕度可提高10%~20%，同時增加艙內的氣壓和空氣的含氧量。航空公司對于大量采用復合材料的飛機非常歡迎。
資料顯示，空客A350XWB和B—787的復合材料用量分別達到53%和50%。以波音B787為例，應用復合材料后，其艙壓的提高僅使機身質量增加了70千克；而如果使用鋁合金機身，要達到這一指標，其結構質量將增加1噸。
在我國踐行大飛機戰略過程中，航空復合材料具有極其重要的地位，然而我國航空復合材料與國外相比有很大的差距。2017年5月5日，國產大飛機C919首飛，開啟了中國民航的新時代。C919中型客機，是中國首款按照最新國際適航標準，具有自主知識產權的干線民用飛機，于2008年開始研制。C919的后機身后段、平尾、垂尾、升降舵、方向舵、襟翼、副翼、小翼、擾流板等部位均使用了碳纖維復合材料。目前C919所有材料和標準件均滿足適航審定要求，并獲得大量有效數據，建立了復合材料規范體系和設計許用值、第三代鋁鋰合金材料規范體系和制造工藝規范體系，為將來先進材料在國內民機產業的廣泛使用奠定了堅實基礎。
除C919外，由中俄聯合研制的CR929遠程寬體客機項目也正在穩步推進。根據中俄合作雙方聯合團隊制定的飛機總體技術方案，CR929飛機預計將應用50％的復合材料。
基于航空復合材料領域的巨大發展潛力，國外巨頭也在中國市場進行布局。早在2008年，波音公司和中航工業就合資成立了天津波音復合材料有限公司；同年，空客公司也宣布了與哈飛集團合資建立復合材料制造中心的計劃。今年10月，康得投資集團與意大利LEONARDO股份公司合作的航空復合材料產業基地項目落地江蘇張家港，未來將為CR929寬體客機提供碳纖維復合材料中機身構件。
業內人士指出，雖然復合材料在航空領域應用越來越廣泛，但目前看來不可能實現完全替代。復合材料當前存在的問題是，在飛機飛行一段時間后，對每一個復合材料零件、部件組件及部件裝配件，必須進行100%面積的缺陷檢查。因為過去可以通過各種方法對金屬材料進行檢查，但是對于復合材料而言，目前尚沒有很好的方法對其進行檢查。復合材料是一些纖維，由很多層疊合而成，是一個非常復雜的結構，里面出現一些小的缺陷是很難被發現的。所以，飛機要應用更多的復合材料，制定復合材料無損探傷方面的研究和檢查規范變得非常重要。
可喜的是，中國商飛上海飛機制造有限公司與騰訊云在這方面走出了第一步。雙方近日簽訂戰略合作協議并表示，前期會梳理一些技術成熟度較高且市場推廣復制性較大的重點場景項目進行方案驗證、測試，推動落地，比如利用AI技術來檢測復合材料內部缺陷等。通過AI進行缺陷智能識別及判斷，可以幫助檢測人員對缺陷進行定性和定量分析，減少人為因素造成的誤差，從而提高檢測效率，降低工作強度，最終實現超聲檢測和評價的自動化、智能化。
標簽： 復合材料
