國產C919大飛機已經完成了首次商業飛行，將來將實現航班化商業飛行了。面對這款國產的大飛機，網上的聲音有讚揚的，也有貶低的，爭論不斷非常熱鬧。我們探討一下為啥C919不像美歐的大飛機一樣大量使用碳纖維複合材料減輕重量呢？
碳纖維複合材料應用於航空航天早已不是什麼新鮮事了，各國先進的戰鬥機早就大規模應用碳纖維材料了，無人機的應用比例更高，民用飛機也在不斷增加碳纖維複合材料的使用比例。歐洲空客A380碳纖維複合材料使用比例已經達到總質量的25%，美國波音公司的B787碳纖維使用比例更是已經超過總質量的50%，超過了美國最先進的戰鬥機F35，再後來歐洲空客A350新機型比B787的使用比例更高。顯然，越新、越先進的機型越傾向於增加碳纖維複合材料的應用比例。
但是，最新研發的C919碳纖維複合材料使用比例只有12%，是因為中國技術不行嗎？
首先，C919的碳纖維複合材料使用比例雖然不算高，但相對於競爭對手來說還是有很大優勢的。C919的競爭對手不是B787，也不是A350，而是B737和A320。相對於這兩個競爭對手來說，C919的碳纖維複合材料用量還是比較高的，畢竟兩位老大哥都是上世紀設計的產品現在還在批量生產。不僅是在材料使用上有一定的優勢，在外形設計上，C919使用了更先進的設計方案，採用了一種叫做超臨界機翼的技術，相對於傳統機翼，巡航氣動效率提高20%以上，巡航速度提高100多千米/小時。同時，採用超臨界機翼相對於傳統機翼阻力更小，能有效減輕飛機的重量，就算使用相同的材料也有一定的優勢。
其次，C919相對於中國之前的客機碳纖維符合材料使用量有了明顯的提升。ARJ直線客機是中國正在生產的客機，這類客機的碳纖維複合材料使用比例甚至只有1%左右。C919作為後來的型號，碳纖維複合材料使用比例已經提高很多了。更重要的是，以前的客機使用碳纖維符合材料比較保守，往往用在非承力結構上，C919已經大膽把碳纖維複合材料應用在機身後段和尾翼上，可以說為下一步全面應用奠定了良好的基礎。除此之外，C919還使用了最先進的鋁合金材料——鋁鋰合金，鋁鋰合金是新一代的鋁合金材料，質量更輕、力學性能更好、防腐蝕能力也更強。使用鋁鋰合金本身就是一個巨大的進步，不僅為飛機升級探路，更為將來的航天升級探路。
第三，C919使用碳纖維複合材料是為下一代飛機探路。就像剛剛提到的，C919主要是在機身尾部和尾翼上應用了碳纖維複合材料，整體機身還沒有全部使用碳纖維複合材料，既不能算保守，更不能算激進。中國雖然在戰鬥機上有了一定的碳纖維複合材料使用經驗，但在民航飛機上並沒有足夠多的使用經驗，貿然大面積應用碳纖維複合材料，會帶來很大的不確定性。要知道，軍用飛機的使用經驗不會輕易傳授給民用飛機的，畢竟那屬於機密。國外的民航飛機使用經驗也不可能輕易傳授給中國，要想掌握相關技術，必須通過自己來摸索。C919在尾部應用碳纖維複合材料，這本身就有積累經驗的意味。飛機前部和主機翼在飛行過程中面臨的風險更高，發生意外的機率更高，使用合金材料更有利於風險管控，畢竟中國對合金材料有豐富的使用經驗，發生意外後維護起來更容易。尾部發生意外的機會相對比較少，正好可以摸索碳纖維複合材料的綜合性能，為後期使用積累經驗數據。
第四，纖維複合材料雖然有很多優勢，但也有一定的劣勢，全面應用會面臨一定的困難和風險。
一方面是各種零部件的生產工藝不太成熟，相對於國外大型民航企業經過多年磨合已經掌握了成熟的碳纖維複合材料構件生產工藝來說，國內企業相關經驗不足，還處於起步摸索階段。在碳纖維複合材料零件生產全自動化實現以前，工人因素、工藝因素還有環境因素對於產品的影響都很大。就拿工人來說，按照同樣的工藝生產，不同工人生產出來的產品性能不完全一樣，相同工人不同時段生產出來的也不完全一樣，這給產品穩定性帶來了很大的挑戰。國外相對來說不僅工人經驗更豐富，而且已經很大程度上實現了自動化生產，穩定性得到了很大的提高。C919通過尾部應用，可以逐漸熟練掌握相關生產工藝、培養熟練技術工人，為後面大範圍應用打基礎。
另一方面，碳纖維複合材料的後期維護還需要不斷磨合。碳纖維複合材料跟金屬材料性能不一樣，在使用的過程中會面臨什麼樣的問題，出現問題怎樣處理，有很大的不同，需要不斷磨合才行。舉個簡單的例子，飛機飛行過程中遇到飛鳥撞擊等事故時，機身會產生破損。合金材料面對破損的維修方法已經很成熟了。但是碳纖維複合材料一旦破損，維護起來非常麻煩，要檢查起到加強作用的纖維材料有沒有損壞，一旦有損壞更換和修補都非常麻煩。碳纖維符合材料可不僅僅只有碳纖維，還有樹脂等加固材料，修復的過程中對環境要求非常高。不僅要求無塵，空氣濕度等因素都需要詳細考慮。飛機出廠前在廠房裡很容易實現的環境，一旦到了維修階段卻非常難滿足，總不能把飛機重新拆了吧。再比如，碳纖維複合材料的腐蝕、老化等等問題，都需要在使用中不斷摸索規律，改進維護和維修方法。
第五，不是特別重要的原因可能是前期國產高性能碳纖維產能不足。一個商業化的大飛機要想穩定生產，必須保證零部件和原材料的穩定供應。國外對高性能碳纖維材料實行限制銷售的策略，國內高性能碳纖維產能不高而且主要供應軍工企業。在前期設計的時候，可能也考慮到了碳纖維原材料供應問題，或者考慮到了碳纖維應用成本的問題，而採取了比較保守的應用策略。
總之，C919應用碳纖維複合材料偏少，但不代表不先進，同時新材料的使用經驗不是通過看別人的經驗就能輕鬆掌握的，需要自己不斷磨合才行，相對保守的使用策略為後面全面展開應用摸索經驗。
我們可以適當展望一下。根據規劃，中國C919的下一代大型飛機會將碳纖維複合材料的使用比例提高到50%以上，達到國際先進的水平。要想實現這個目標，需要做一些鋪墊工作。
首先，需要通過C919積累碳纖維複合材料應用的經驗，不斷改進生產工藝，摸索使用參數，掌握和優化維護技巧。只有對新材料足夠熟悉，才能充分駕馭。
其次，要跟國內碳纖維生產企業合作，不斷改進生產工藝、提高產品質量穩定性、並不斷降低產品的生產成本，甚至還可以聯合研發零部件生產的新工藝。
再次，要對一些高端應用進行攻關。C919里碳纖維複合材料應用量達到12%，但有一部分是整體採購的零部件中包含的，比如發動機。C919採購的LEAP-X1C 發動機，使用了18片碳纖維複合材料葉片，飛機葉片對碳纖維性能的要求比機身還要高，需要特別攻關。將來國產大飛機將使用自己研發的發動機，也需要在碳纖維材料應用上下點功夫。
此外，目前在航空領域應用的碳纖維複合材料，往往都是利用成本很高的航天專用小絲束碳纖維製作，未來對於一部分要求不太高的零部件可以考慮使用成本低很多的大絲束碳纖維，在保證性能的前提下進一步降低生產成本。雖然目前大絲束碳纖維得到航空應用認證有一定難度，但提前布局還是很有必要的，畢竟節約成本是商業化飛機必須要不斷考慮的問題。
總之，我們期待中國的國產大飛機越來越先進，國產化率越來越高。當然也希望國產大飛機能像世界最先進的大飛機一樣，大範圍採用代表最先進技術的碳纖維複合材料。但是眼下，我們也不能對C919要求太高，不能指望第一個大飛機就能解決所有的問題，技術的進步總是有一個循序漸進過程的。
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