轮胎行业,航空轮胎有“皇冠上的明珠”之称,在轮胎制造行业中属于顶端产品,是飞机安全起飞和降落的基础和保障,对其安全性与可靠性的要求非常严格。随着飞机快速的更新换代,对航空轮胎的要求也更苛刻。航空轮胎是飞机的重要部件,与飞机相互依存,可以分为军用、民用和通用航空轮胎。

面对国外航空轮胎垄断,中国该如何打破僵局?看完这篇我悟了..,图片,航空航天,材料,轮胎,化学,安全,电镜,物理,航空轮胎,第1张

图1. 航空轮胎示意图【封面图片】(来源网络)

在全世界范围内,航空轮胎的生产厂家有数十个,其中四家企业(普利司通30%、邓禄普10%、米其林37%、固特异20%)垄断了航空轮胎的市场份额。而在我国,生产航空轮胎的有三橡、蓝宇、佳通长城、森麒麟四家企业。在国内,由于国外航空轮胎巨头的研发技术先进和品牌效应强大,在我国的民用航空轮胎市场形成了垄断。国外企业占有我国的市场份额超过95%。在2016-2020年的石化和化学工业发展规划中将航空子午胎的研发提上日程。此外,中国首台航空轮胎动力学大装置进入最后安装调试阶段,建成后将帮助解决我国航空领域轮胎设计制造难题,助力航空产业发展[1]。值得关注的是,我国军用航空轮胎材料将实现国产化,将打破军用航空轮胎等高端用胶长期依赖进口的局面[2]。

航空轮胎在飞机的零部件中属于A类。航空轮胎自主化现存的问题主要包括技术、材料、结构、资质认证、品牌渠道等[3]。其中最重要和最关键的是技术创新、材料研发和结构设计。航空轮胎的技术要求严苛、材料指标高、结构设计复杂。因此,航空轮胎的研发更加复杂困难。

在飞机起飞和着陆时,航空轮胎进行滑跑、承担重量和降低冲击力等。飞机起飞和着陆时间短,航空轮胎必须在瞬间发挥作用。航空子午线轮胎在1983年问世后,全世界各大航空轮胎公司一直进行研发和改进[4]。通过不同混炼工艺对航空轮胎物理性能和炭黑分散度方面影响的研究发现:随着混炼工艺条件的逐步加强,硫化时间t90 缩短,300%定伸应力降低,老化性能无变化;增加混炼时间能够有效增强胶料的炭黑分散程度[5]。

面对国外航空轮胎垄断,中国该如何打破僵局?看完这篇我悟了..,图片,航空航天,材料,轮胎,化学,安全,电镜,物理,航空轮胎,第2张

图2. 胶料炭黑分布图像[5]

材料是航空轮胎发展的基础,为了使航空轮胎适应飞机发展的需求,对航空轮胎材料的研发与应用进行了深入的探讨。航空轮胎骨架材料表现出极大的潜力。常见的骨架材料有尼龙帘线,芳纶帘线,聚酮帘线,胎体帘线,带束层帘线,带束层保护层帘线,复合帘线等。遗憾的是,到目前为止,没有一种材料能满足所有要求。为充分利用不同材料的优点设计了复合帘线。复合帘线主要分为两种:合股复合帘线和芯皮结构复合帘线。使用改进的复合帘线能更好地满足航空轮胎的需求。选用腰果酚对天然胶乳进行绿色改性制备高强度天然橡胶(HSNR)并将其应用于航空轮胎胎面胶中[6]。炭黑N234在HSNR基体中的分散性较好,自聚集减弱,形成紧密的空间交联网络。此外还具有优异的耐磨耗、耐屈挠龟裂、耐压缩温升和抗湿滑性能。

面对国外航空轮胎垄断,中国该如何打破僵局?看完这篇我悟了..,图片,航空航天,材料,轮胎,化学,安全,电镜,物理,航空轮胎,第3张

图3. 复合材料臭氧老化后表面裂纹情况(A)和扫描电镜图像(B)[6]

对航空轮胎的结构进行设计,才能使航空轮胎得到不断改进和发展。合理的结构设计可以提高航空轮胎性能和使用时间。航空轮胎主要由胎体、胎面、胎侧、胎圈和带束层五个部分组成。在航空轮胎设计中,外轮廓、胎面和胎体等的优化设计十分重要[7]。通过结构设计使航空轮胎各部件相互协调产生优越的性能。改进胎面结构缓解航空轮胎的径向压缩应力从而提高耐久性能和耐磨性能。普通带束层结构的航空轮胎易出现剥离问题。将胎侧设计为直线形提高纵向刚性从而消除胎圈压缩变形和提高耐用性。应力的集中使胎圈部位温度上升和形变大。航空轮胎的结构设计及改进一直是研发的重点和难点。

面对国外航空轮胎垄断,中国该如何打破僵局?看完这篇我悟了..,图片,航空航天,材料,轮胎,化学,安全,电镜,物理,航空轮胎,第4张

图4. 航空轮胎结构图(来源网络)

除了以上在技术、材料和结构研发上的问题之外,资质认证、品牌渠道以及国外航空轮胎企业巨头的垄断也是我国航空轮胎自主化遇到的问题。航空轮胎的研发须通过国家民航局的同意。除此之外,还须通过飞机主机单位的认定程序。中国的航空轮胎依赖于进口,并对轮胎品牌形成了使用习惯,这限制了国产航空轮胎自主化的发展。

橡胶材料、骨架材料、生产技术和设备不断进步为我国航空轮胎的自主化提供了发展的“土壤”。研发新材料、优化结构,开发新工艺技术是航空轮胎自主化和国产化的发展方向。在技术方面,需要解决航空轮胎结构、材料、制造工艺等技术问题,形成自主知识产权的航空轮胎技术。并在航空轮胎结构和材料方面进行创新,解决一系列难题。在产品推广方面,打造航空轮胎领域的民族品牌,抓住亚太地区需求的巨大潜力。随着我国综合国力的崛起,以中国为代表的亚太地区和发展中国家对飞机的需求日益增大[8],伴随而来的是我国航空轮胎发展的新机遇和新挑战。在国家政策方面,《国防科工局军民融合专项行动计划》(2016)中特别强调持续推进“军民融合”发展。

航空轮胎是飞机的重要组成部分。航空轮胎的市场在未来具有发展空间和经济价值。然而,我国航空轮胎的市场一直被外资品牌所垄断。这对我国的国家安全和飞机轮胎供应造成隐患。因此,我国应该自主研发,掌握其核心技术,完成自主化和国产化,打破垄断局面。这对国民经济发展和国防安全具有重要的意义。可以预见,在不久的将来,我国航空轮胎将迎来一个全面发展的时代,实现我国航空轮胎的自主化和国产化。从而打破我国在该领域被国外品牌所垄断的局面,形成自主知识产权和核心技术。