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航空复合材料市场需求持续增长

航空复合材料不但能提升产品轻量化水平,而且能够适应极端的飞行环境,比如高压强、冲击和冲击负载等,它可应用于各种飞机机身结构,比如机翼、机身和飞机内饰的制作。民用飞机市场在未来几年持续的高需求,将进一步推动航空航天制造领域对材料的需求持续增长。

最新的民用飞机长期市场预测表明,客运量的增长和即将到来的飞机批量退役,将在未来20年间创造42730架新飞机的需求,未来20年,全球机队对民用航空服务的需求还将持续增长,将催生总价值为15万亿美元的巨大市场。波音近日发布的《2018~2037中国民用航空市场展望》预测,中国未来20年间将需要7690架新飞机,总价值达1.2万亿美元。与2017年度发布的预测相比,新飞机需求的数量调高了6.2%,考虑到航空公司的机队规模需要与持续增长的个人出行和商务旅行保持同步,中国依然是全球唯一一个万亿级美元的民用飞机市场。

航空运输市场增长强劲

用飞机运输乘客和货物是最为高效的交通方式之一。中美、中欧和中国到亚太地区的航空客流量平均年增长率分别为5.7%、4.9%和5.9 %,将成为全球增长最快的交通流。从2018年到2037年,来往于中国大陆地区的国际航空运输量的年均增长率将达到6.3%。到2037年,中国的人均乘机次数将增加超过3倍,从现在的0.4次增加到1.4次。

相关资料表明,我国国内的航空运输量已经在过去10年以两位数的增长率增长了4倍,是全球第二大航空运输市场,今后有望成为全球第一。据统计,往来中国的国际航空运输量在过去10年几乎翻了一番。未来20年,我国航空客运量年均增长率为6.3%,高于世界平均增长水平,每天有300多万人在我国境域内飞行。

巴航工业商用航空首席商务官阿尔然·梅耶尔(Arjan Meijer)表示,在全球范围内,以中国为首的亚太市场是2017年客运量增长最强劲的地区,增长率为10%;中国航空市场也进入了一个平稳发展的成熟阶段。得益于高于全球平均水平的经济发展速度、基础设施建设的持续推进、基本航空服务计划的大力推行,以及因中产阶级人数增长而涌现的出行需求,巴航工业认为,未来20年,150座级以下飞机在中国市场上将有极大的发展空间。

与此同时,巴航工业还指出,目前中国前三十大机场承担了近80%的旅客总量,高度集中的航线网络使得国内航空公司未来将发力更多二三线航空市场。

国际航空运输协会(IATA)近日预测,到2020年,中国的进出港国际航班数量及国内航班客流量都将超过美国,进而成为全球最大的航空市场。

预测指出,中国经济发展模式转变为以国内消费为主,将使航空运输需求大增。亚太地区将成为客流量增长的主要来源,未来20年,这一地区的客运需求将增长一倍以上。这一市场的增长是由经济增长、家庭收入的改善、乘客忠诚度增加和人口增长共同推动的。

国际航空运输协会表示,2037年,航空客运量将翻番,达到82亿人。

业内人士认为,未来航空运输量增长的主要驱动力将源于不断增长的中产阶级群体的个人消费,目前该部分在我国总体经济中的比重为37%,到2037年,这一比重将会增加至43%。我国现有2000多架喷气客机,随着航空运输量的增长,未来20年将发展到8000多架。

这样一个巨大的市场需求,为航空复合材料带来了广阔的发展前景。

高端复合材料成新宠

长期以来,民用飞机大量使用铝合金作为主要材质。2005年,全球首架全复合材料飞机诞生。这种新型复合材料具有比强度和比模量高,抗疲劳性能、耐腐蚀性能和整体成型性好等许多优异特性,将其用于飞机结构上,可比常规的金属结构减重25%到30%,而且使飞机隐身、气动弹性等综合性能得到改善和提高。正是因为这些优势,很多航空部件希望选用高性能的防热复合材料,高端复合材料已经成为航空材料的“新宠”。

在航空领域,目前和今后20~30年的发展主流是用于制造航空航天飞行器结构件的碳纤维增强树脂基复合材料。早在上世纪60年代,美国就陆续将碳纤维增强树脂基复合材料用在军机上,现在复合材料的用量已经占军用飞机结构质量的20%~50%。其在客机上的结构重量也日益增加,如今已经开始广泛应用于民用航空制造业。一些先进客机的复合材料重量已经超过金属材料,目前世界上最先进的民用飞机,如波音787、空客A350在复合材料的应用上都超过了整个机体材料的50%,这也成为未来民机在材料选择方面的一种趋势。  

业内人士认为,复合材料重量轻,可降低油耗,使运营成本显著降低。采用复合材料的机身,能够简化制造工艺,减少大量结构件数量。更重要的是,长期加湿不会对飞机造成腐蚀,舱内空气湿度可提高10%~20%,同时增加舱内的气压和空气的含氧量。航空公司对于大量采用复合材料的飞机非常欢迎。

资料显示,空客A350XWB和B—787的复合材料用量分别达到53%和50%。以波音B787为例,应用复合材料后,其舱压的提高仅使机身质量增加了70千克;而如果使用铝合金机身,要达到这一指标,其结构质量将增加1吨。

在我国践行大飞机战略过程中,航空复合材料具有极其重要的地位,然而我国航空复合材料与国外相比有很大的差距。2017年5月5日,国产大飞机C919首飞,开启了中国民航的新时代。C919中型客机,是中国首款按照最新国际适航标准,具有自主知识产权的干线民用飞机,于2008年开始研制。C919的后机身后段、平尾、垂尾、升降舵、方向舵、襟翼、副翼、小翼、扰流板等部位均使用了碳纤维复合材料。目前C919所有材料和标准件均满足适航审定要求,并获得大量有效数据,建立了复合材料规范体系和设计许用值、第三代铝锂合金材料规范体系和制造工艺规范体系,为将来先进材料在国内民机产业的广泛使用奠定了坚实基础。

除C919外,由中俄联合研制的CR929远程宽体客机项目也正在稳步推进。根据中俄合作双方联合团队制定的飞机总体技术方案,CR929飞机预计将应用50%的复合材料。

基于航空复合材料领域的巨大发展潜力,国外巨头也在中国市场进行布局。早在2008年,波音公司和中航工业就合资成立了天津波音复合材料有限公司;同年,空客公司也宣布了与哈飞集团合资建立复合材料制造中心的计划。今年10月,康得投资集团与意大利LEONARDO股份公司合作的航空复合材料产业基地项目落地江苏张家港,未来将为CR929宽体客机提供碳纤维复合材料中机身构件。

业内人士指出,虽然复合材料在航空领域应用越来越广泛,但目前看来不可能实现完全替代。复合材料当前存在的问题是,在飞机飞行一段时间后,对每一个复合材料零件、部件组件及部件装配件,必须进行100%面积的缺陷检查。因为过去可以通过各种方法对金属材料进行检查,但是对于复合材料而言,目前尚没有很好的方法对其进行检查。复合材料是一些纤维,由很多层叠合而成,是一个非常复杂的结构,里面出现一些小的缺陷是很难被发现的。所以,飞机要应用更多的复合材料,制定复合材料无损探伤方面的研究和检查规范变得非常重要。

可喜的是,中国商飞上海飞机制造有限公司与腾讯云在这方面走出了第一步。双方近日签订战略合作协议并表示,前期会梳理一些技术成熟度较高且市场推广复制性较大的重点场景项目进行方案验证、测试,推动落地,比如利用AI技术来检测复合材料内部缺陷等。通过AI进行缺陷智能识别及判断,可以帮助检测人员对缺陷进行定性和定量分析,减少人为因素造成的误差,从而提高检测效率,降低工作强度,最终实现超声检测和评价的自动化、智能化。

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