從殲-10戰鬥機的成功,看航空緊固件產業的發展

gaf螺絲君 發佈 2022-10-28T01:03:22.139386+00:00

作為亞洲國家自主研發的第一款第三代戰鬥機,也是中國最成功的戰鬥機之一,殲-10具有里程碑意義,它標誌著研發現代化戰鬥機不再是美、俄、歐洲航空強國的專屬。


作為亞洲國家自主研發的第一款第三代戰鬥機,也是中國最成功的戰鬥機之一,殲-10具有里程碑意義,它標誌著研發現代化戰鬥機不再是美、俄、歐洲航空強國的專屬。

然而殲-10飛機的研製歷程並非一帆風順,在研製初期遇到了大量的技術難題,其中有一項就是緊固件問題。

因航空緊固件使用工況及其惡劣,要跟隨飛機一起經歷多重苛刻環境,從0海拔到20000米高空,從零上50℃到零下-40℃,而且伴隨著雨、雪、風、霜天氣,鹽霧、潮濕環境,外加高負載、衝擊、振動等受力環境,這些疊加起來,就變成了航空航天緊固件的特殊標籤:高載荷、高可靠、耐腐蝕、長壽命。但是在九十年代,我國還生產不出高性能的航空緊固件。

所謂的航空緊固件通俗來講,就是飛機上用的螺栓、螺母、鉚釘、墊圈等小零件,不要小看這些小零件,正是這些小零件帶來的大麻煩,給當時的航空工業發展帶來了不小的難題。

歸納總結一下,主要是存在這三類問題:

  • 加工精度低,每批次幾千到幾萬不等數量的緊固件,尺寸的公差範圍波動大,不能保證較好的互換性,安裝過程經常出問題,不時要挑著用。


  • 材料性能差,主要以碳鋼、合金鋼緊固件為主,除了耐腐性差外、比強度低外,還飽受氫脆問題的困擾,而當時歐美航空強國經過幾十年的摸索,已經形成了完善的航空緊固件鈦合金、高溫合金等材料體系,性能優異,種類齊全、強度區間全覆蓋,而我國在航空緊固件材料的研製、生產上差距甚大。


  • 鍍層質量不過關,表面處理方式以鍍鋅、鍍鎘等傳統電鍍方式為主,除了污染環境外,防腐能力一般,潤滑性能一般。一架飛機要飛20年時間,如果緊固件的塗層不過關,壽命短、不耐腐蝕,那麼飛機也面臨淘汰的風險。當時國內表面處理技術和熱處理技術一樣,落後世界先進水平還有一段不小的距離。


究其根本原因,我國由於受到傳統思想的束縛,對緊固件的研製、生產不夠重視,認為緊固件就是貨架產品,定位低端、便宜,隨用隨取即可,不用投入巨大的人力、物力去研究。

這就導致了當我國設計出高性能飛機時,卻沒有高性能的航空緊固件與其配套。因此,殲-10飛機研製初期使用了大量的進口緊固件,但是進口緊固件的價格昂貴,從幾十美元到幾百美元不等,每年花費著國家大量的外匯,且隨時存在被歐美國家「卡脖子」的風險。



隨著殲-10的定型,國家對緊固件的重視程度提高,也陸續開展了高性能緊固件的仿製、替代工作,經過近20年的發展,緊固件的國產化率大大提高,基本保證了飛機的質量和壽命沒有太大的下滑。

且以鈦合金為代表的一批高端緊固件得到了普及和推廣,被用在越來越多的型號上去,推動了整個行業的發展、進步,主要體現在以下三個方面:

  • 大量高端航空裝備被引入國內,如高性能的多工位溫鐓設備、數控無心磨床、數控螺紋滾絲設備、數控溫搓絲設備、打孔沖方一體機、頭下圓角強化機等,使得國內的航空緊固件製造設備在數位化、自動化上不斷加強,因此產品在加工精度和尺寸一致性上有了較大的提升。
  • 但是目前在新型緊固件設計、應用方面,還是以模仿為主,沒有能結合自身型號的發展形成完善的標準體系。
  • 加強了對緊固件用材料的基礎研究,完成了緊固件原材料的升級換代。近年來,西北有色金屬研究院、寶雞鈦業、西部超導、西部超晶、撫順特鋼等一批國內主要航空材料製造商積極探索與航空緊固件製造商深度合作,開展高性能緊固件用材料的研製、試用工作。
  • 例如,國產TC4絲材的成功應用,標誌著我國對美國Ti-6Al-4V材料的仿製取得了階段性的成功,也會被用在越來越多的型號上去。但是國產材料在性能穩定性、成本等方面與進口材料還有不小的差距。
  • 而且在耐高溫、超高強度材料方面,我國還沒有取得實質性進展,對國外進口材料依賴性仍然很大。
  • 隨著國內塗料性能的不斷提升以及塗鍍工藝的不斷優化,國產航空緊固件的塗鍍層技術也有了長足的進步。
  • 無氰電鍍、離子鍍等方式的普及,使得鍍層的環境友好性大大提升,緊固件的防腐能力有所提高,鹽霧試驗的時間由最初的96h提升到了500h甚至更高。
  • 但是目前高端的緊固件依然依靠進口塗料,國產塗料在塗層結合力、表面硬度、外觀等方面差距還很大。

總結起來,就是近20年國內航空緊固件產業發展迅猛,但在設計前瞻性以及標準體系的建設方面差距還較大,另外原材料、塗層等基礎工藝的研究上與發達國家也還有較大的差距,這方面還需要國家繼續加大投入。


中國自研的民用C919客機也面臨著同樣的問題,一架C919上大概要用到110萬件緊固件,但是目前,90%以上的緊固件依賴進口。

C919飛機總設計師吳光輝曾盛讚緊固件「數以萬計、類以群分、連結構、接系統、小物大為」,可見緊固件的重要性。隨著中美貿易摩擦的不斷加劇以及從國家戰略安全的考慮,民機緊固件國產化的呼聲也越來越高。

但是航空緊固件是一個高端技術密集型產品,並非能在一朝一夕就取得趕超。所以航空緊固件工業還要繼續努力,藉助「工業4.0」與「中國製造2025」的東風,在未來取得的更大的發展。

今天的話題,就分享到這裡,不當之處,歡迎批評指正。您有任何疑問或建議,或需要源文件,或需要進群交流的老鐵,可關注螺絲君微信公眾號:GAF螺絲君(GAF-luosijun)

關鍵字: