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自主研制、全球zui大!“鲲龙”AG600:从机身到螺旋桨的材料革命

2025-07-08 17:252000
  中国航空工业集团自主研制的大型水陆两栖飞机AG600,6月11日在广东珠海获颁中国民航局生产许可证(PC证),标志着中国大型水陆两栖飞机正式迈入批量生产阶段,这是中国大型航空应急救援装备体系建设的关键里程碑。

AG600是为满足我国应急救援体系和国家自然灾害防治体系建设迫切需要而研制的重大航空装备,是全球起飞重量最大的民用水陆两栖飞机。

它同时具备飞机和船的特征,能上天、能入海,最大起飞重量60吨,可载水12吨,最小平飞速度每小时220千米,最大实用航程达到4500千米,可以灵活执行灭火、物资转送、通信中继等多种任务,是一个多用途的大型航空装备平台。

来源:荣格复材技术

Part 1

复合材料:AG600飞机的“轻盈铠甲”

2025年5月12日,AG600批产首架机“鲲龙”于珠海轰鸣下线,这一全球起飞重量zui大的水陆两栖飞机,国产化率超90%。其在众多技术层面取得突破,而复合材料在其中扮演了极为关键的角色,成为助力AG600腾飞的“轻盈铠甲”。

据了解,在机身材料方面,AG600采用了先进的复合材料和铝合金,其中舵面和整流罩及背鳍全部采用高性能的复合材料制造。通过飞机内部结构的细节设计及先进的整体机械加工工艺,尽最大可能降低了飞机重量及单机成本。AG600飞机尾翼采用T形布局,水平安定面、垂直安定面采用金属结构,升降舵、方向舵及背鳍部分采用碳纤维复合材料制成,背鳍天线罩和垂尾翼尖采用玻璃钢复合材料制成。

位于京郊的中国航空工业集团复材,在AG600的研制进程中承担了机上副翼、方向舵、升降舵、翼身整流罩4类结构6大部件的研制及装配工作,每架份复材零件多达483件,像升降舵的复材部件占比更是超90%。

复合材料之所以能成为AG600“铠甲”的关键构成部分,源于其具备远超钢铁的特性。其高强度与高刚度在保障飞机结构强度方面发挥着重要作用,与此同时,低密度的特点极大地减轻了飞机重量。这一减重效果显著提升了飞机的机动性,使其在空中能够更加灵活地飞行,并且有效提升了燃油效率,让飞机在执行任务时航程更远、续航时间更长 。

一张预浸料为例,其厚度通常仅有0.1毫米,与一张A4纸的薄厚相当。而满足方向舵制造需求,往往需要长约1000 - 2000米的预浸料。依据设计与应用的不同需求,预浸料需进行层层铺叠,部分情况下铺叠层数可达300多层,最终形成的预浸料成品形似宽带状的“布” 。

面对飞机零部件中大量存在的复杂曲面结构这一难题,复材AG600项目研制团队借助下料机将带状的预浸料精准切割成几毫米的带丝,再运用激光投影定位技术,实现料片的精准铺设,成功攻克了大曲率异形的制造难关。

为了让复材能够满足飞机的使用要求,从多轮实验选材、大量数据评估再到综合设计,在AG600研制期间,团队制作了约10000个试验件,对不同性能指标展开测试、验证设计可行性。与早已成熟应用于飞机制造的金属材料不同,复合材料无法直接应用,只能从小规模试验逐步推进 。

针对项目研发周期紧张、零件数量多等挑战,团队选择以共固化成型技术作为核心解决方案。这一技术可一次性将两个未成形的零件在高温高压热压罐中同步固化,不仅有效提高了生产效率,还降低了生产成本,提升了经济性。经此工艺突破,部件结构效率提升15%,疲劳寿命突破10万次循环,全方位满足了AG600水陆两栖任务对部件高强度、高耐久性的需求 。

 

在珠海中航通飞华南飞机工业有限公司拍摄的AG600总装线。新华社记者 邓华摄

 

Part 2

复合材料在AG600螺旋桨的应用

AG600配套的JL - 4A/1型螺旋桨,由中国航空工业集团机载所属惠阳公司自主研制。该型螺旋桨系统是国内首款获得型号合格证和生产许可证的复合材料螺旋桨,也是AG600飞机首个完成取证的关键系统,填补了中国民用复合材料螺旋桨领域研制空白,在中国螺旋桨发展史上具有重大里程碑意义 。

JL - 4A/1型螺旋桨采用轻合金材质桨壳与复合材料(未有公开是何种复材,大概率是碳纤维复材)桨叶的组合设计,这种设计有效提高了螺旋桨动力性能。在桨叶设计上,采用先进的螺旋桨翼型和后掠气动布局,在满足螺旋桨高效率工作的同时,还能有效降低噪声,为AG600营造更加平稳和舒适的飞行环境。

与金属材料相比,复合材料在螺旋桨制造上优势明显。其具有可设计性强的特点,能够依据螺旋桨的工作特性与性能需求进行定制化设计;易实现复杂型面零部件成型,让螺旋桨桨叶能够拥有更符合空气动力学的复杂外形;抗疲劳断裂性能好,大大延长了螺旋桨的使用寿命;保障性好、在复杂环境下耐介质腐蚀优势显著,这对于需要在水陆两栖环境下作业的AG600飞机而言至关重要,有效减少了螺旋桨在潮湿、盐雾等恶劣环境下的腐蚀风险;重量轻的特性也进一步减轻了飞机整体重量,提升了飞机性能。

同时,在研制过程中,惠阳公司成功完成了复合材料螺旋桨在CCAR适航规章的应用,建立了一套符合中国特点的复合材料体系和验证方法,为后续民机螺旋桨适航取证工作提供了有力支撑。

此外,螺旋桨整流罩也采用了复合材料,这一举措为飞机减重约400公斤,并且近场噪声较同等功率金属螺旋桨大幅降低,进一步优化了飞机的性能与乘坐体验。

 

Part 3复合材料助力AG600开启新征程

从机身的副翼、方向舵、升降舵等关键结构部件,到螺旋桨及其整流罩,复合材料在AG600飞机上的广泛应用,充分发挥了其高强度、低密度、耐腐蚀等诸多优势,不仅实现了飞机的轻量化设计,提升了飞机的综合性能,还推动了我国航空复合材料技术的进步与发展,建立了完整的国产复材制造体系,为国产民机奠定了复材应用基础。

通过AG600的研制,我国建立了大型水陆两栖飞机设计、生产制造、系统配套、试验试飞、保障服务体系,使我国具备了自主研发大型水陆两栖飞机的技术和工业能力,实现了我国民机产业发展在大型特种用途飞机领域的历史性跨越。

随着AG600迈入批量生产阶段,未来,复合材料在AG600飞机上的应用有望进一步拓展与深化,不断优化飞机性能,在森林灭火、水上救援、海洋监测等领域发挥更大作用,助力我国航空工业与应急救援事业迈向新的高度。

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