今天一起走進(jìn)目前國內(nèi)最先進(jìn)的飛行起降動(dòng)力學(xué)研究設(shè)施——航空輪胎大科學(xué)中心，以及我國仿生合成橡膠的科研基地——中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所，帶您揭秘仿生合成橡膠制造航空輪胎。

　　我國仿生合成橡膠技術(shù)實(shí)現(xiàn)重要突破

　　一架民航飛機(jī)沖向藍(lán)天，離不開“腳”上一雙能夠在高速度、高載荷、高沖擊條件下正常工作的“鞋子”，也就是航空輪胎。它既要耐得住零下40攝氏度到零上70攝氏度左右的極端溫度，又要在飛機(jī)降落的一瞬間，扛得住幾十噸以上的沖擊力，直接關(guān)系到飛機(jī)的安全性。航空輪胎制造工藝極為復(fù)雜，被稱為輪胎制造領(lǐng)域皇冠上的明珠。但是長期以來，其核心制造技術(shù)只被國外幾家公司掌控。

　　突破關(guān)鍵核心技術(shù)，我國科學(xué)家開辟了一條新賽道，提出了仿生合成橡膠的技術(shù)路線。經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，科研團(tuán)隊(duì)通過對(duì)天然橡膠的分子結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵的化學(xué)組分進(jìn)行模仿，在今年實(shí)現(xiàn)了仿生橡膠合成技術(shù)的重要突破，完成了航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗(yàn)證。

　　依托大科學(xué)中心為航空輪胎性能把關(guān)

　　航空輪胎大科學(xué)中心主要由飛行起降動(dòng)力學(xué)、硬核科技和航空輪胎制造實(shí)驗(yàn)基地組成，其核心是一系列飛行起降動(dòng)力學(xué)大裝置，主要包括航空輪胎高加速試驗(yàn)臺(tái)、輪胎道面環(huán)境試驗(yàn)臺(tái)、飛機(jī)起落架擺振試驗(yàn)臺(tái)等大裝置。

　　總臺(tái)央視記者 褚爾嘉：我旁邊的這臺(tái)裝置就是航空輪胎高加速試驗(yàn)臺(tái)，它是這座大科學(xué)中心里輪胎性能測(cè)試的利器。現(xiàn)在試驗(yàn)臺(tái)上就有一個(gè)航空輪胎等待測(cè)試。這臺(tái)裝置能夠模擬和測(cè)試航空輪胎在最大每小時(shí)600公里的速度時(shí)，與地面摩擦，同時(shí)發(fā)生輪胎的偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾等情況下，航空輪胎的可靠性及使用壽命。

　　記者看到，在航空輪胎高加速試驗(yàn)臺(tái)上，民用航空輪胎正在進(jìn)行輪胎高速轉(zhuǎn)動(dòng)和瞬間承壓的試驗(yàn)。短短十幾秒鐘內(nèi)，速度已經(jīng)提升到每小時(shí)200公里左右。在監(jiān)控室里，科研人員正在緊張地注視著屏幕上的一組組數(shù)據(jù)。當(dāng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)速度再次提升時(shí)，科研人員開始給輪胎加大垂直方向的壓力，模擬飛機(jī)降落時(shí)航空輪胎的承壓。這一試驗(yàn)過程與民航飛機(jī)降落時(shí)的工況十分接近。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：這個(gè)高加速試驗(yàn)臺(tái)是最先調(diào)試和試運(yùn)行的設(shè)備，用了這臺(tái)設(shè)備以后，我們就能夠知道航空輪胎在全天候使用情況下，輪胎的性能，包括它的可靠性、壽命等。我們已經(jīng)測(cè)試了6個(gè)規(guī)格的輪胎，2300多次起飛和降落時(shí)候它運(yùn)行的工況。

　　科研人員告訴記者，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，目前由我國科學(xué)家研制并送到這里的仿生合成橡膠航空輪胎，在極端工作條件下，可以實(shí)現(xiàn)比天然橡膠制造的航空輪胎使用壽命提升35%以上。

　　廣東粵港澳大灣區(qū)黃埔材料研究院研究員 崔榮耀：通過這些試驗(yàn)，我們可以對(duì)我們現(xiàn)在新研制的仿生合成橡膠輪胎和天然橡膠輪胎的這些綜合的特性進(jìn)行研究、對(duì)比，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過改變配方進(jìn)行迭代。這樣的話，就可以把仿生合成橡膠輪胎的性能提高。

　　據(jù)介紹，航空輪胎所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們常見的汽車輪胎，既要耐得住零下40攝氏度到零上70攝氏度左右的極端溫度。又要在飛機(jī)降落的一瞬間，扛得住幾十噸以上的沖擊力。因此航空輪胎性能測(cè)試非常關(guān)鍵，科研人員只有對(duì)輪胎進(jìn)行幾百到上千次極限測(cè)試后，才能了解輪胎的最大使用壽命。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：這么快的速度下，我們看出航空輪胎每一圈，它的力、熱、破壞的位置，如何演化的等等這些，我們要研究它。它的性能本身怎么演變的，它如果破壞，以何種形式破壞。即使有百萬分之一的不可靠性，我們一定要把它的極限給探測(cè)出來。

　　據(jù)介紹，航空輪胎是典型的消耗品，一般情況下，使用二百余次就需要更換。長期以來，我國民航飛機(jī)主要采用租用國外航空輪胎的方式，航空輪胎核心技術(shù)的自主可控勢(shì)在必行。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：如果沒有輪胎的話，飛機(jī)就飛不了。作為一個(gè)人口大國、航空器使用的大國，沒有航空輪胎的話，其實(shí)我們可能會(huì)存在很多的風(fēng)險(xiǎn)。

　　我國仿生合成橡膠制造航空輪胎實(shí)現(xiàn)突破

　　在吉林長春，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的試驗(yàn)基地里，記者看到一批仿生合成橡膠剛剛下線，經(jīng)過壓塊包裝后，即將被送往制造工廠，用于新一批航空輪胎樣品的制造。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 白晨曦：這是一塊天然煙片橡膠，它是生產(chǎn)航空輪胎的關(guān)鍵原材料，它主要產(chǎn)在東南亞國家。另一塊就是我們自主研發(fā)的仿生合成橡膠，從配方中我們?nèi)コ艘恍┨烊幌鹉z的雜質(zhì)，所以從外觀顏色來看，我們仿生合成橡膠顏色更淺一些。

　　天然橡膠被譽(yù)為“黑色黃金”，是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有不可替代的作用。2022年我國天然橡膠產(chǎn)量約74萬噸，消費(fèi)量卻超過660萬噸，近90%依賴進(jìn)口。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 白晨曦：原材料它是制約我國高端航空輪胎發(fā)展的第一步，因此要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供給和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)這個(gè)目標(biāo)，則非仿生合成橡膠這個(gè)辦法莫屬。

　　科研人員告訴記者，要達(dá)到航空輪胎的使用標(biāo)準(zhǔn)，需要讓仿生合成橡膠具有特級(jí)天然橡膠類似的性能。他們通過模仿天然煙片橡膠的精細(xì)結(jié)構(gòu)，在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質(zhì)和磷脂，攻克了連續(xù)聚合工藝和工程技術(shù)，制備出了批量化仿生合成橡膠，其關(guān)鍵性能指標(biāo)目前已經(jīng)達(dá)到了進(jìn)口特級(jí)天然橡膠的水平。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：仿生合成橡膠的成功研發(fā)，標(biāo)志著我們已經(jīng)將天然橡膠從農(nóng)產(chǎn)品變成了工業(yè)品，克服了天然橡膠品質(zhì)對(duì)地理位置的苛刻要求，也就不再依賴進(jìn)口了。我們可以根據(jù)市場的需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)量，變存戰(zhàn)略物資為存技術(shù)和生產(chǎn)裝置。

　　破解了原材料供應(yīng)難題，只是實(shí)現(xiàn)了新型民用航空輪胎國產(chǎn)化的其中一步。如何研制出具有強(qiáng)大性能和市場競爭力的航空輪胎產(chǎn)品，從而打通科技成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”是擺在科研人員面前的又一道難題。在這間彈性體功能復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室里，科研人員正在對(duì)輪胎橡膠材料配方進(jìn)行各種性能驗(yàn)證試驗(yàn)，為輪胎設(shè)計(jì)提供翔實(shí)可信的數(shù)據(jù)。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 葉峰：我們看到的輪胎是一個(gè)整體，但是我們?cè)賮砜匆幌滤虚_之后的斷面，它會(huì)分為胎面、胎側(cè)、簾布層、鋼絲圈等十幾種部位。它們幾個(gè)部位堅(jiān)實(shí)度、耐磨性、承載度等各個(gè)方面都是不同的。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，就需要對(duì)航空輪胎的這幾個(gè)不同的部位膠進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)，需要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它的使用壽命。

　　為此，科研人員自主研發(fā)出一套全新的數(shù)字輪胎工業(yè)軟件，同步實(shí)現(xiàn)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)。在軟件中，輪胎的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、受力情況等要素一目了然，不僅可實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)空間解析度上的設(shè)計(jì)，還大大縮短了原有的流程和開發(fā)時(shí)間。

　　為了實(shí)現(xiàn)航空輪胎核心技術(shù)自主可控這一目標(biāo)，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所依托“仿生合成橡膠”專項(xiàng)，已經(jīng)完成航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了仿生合成橡膠和數(shù)字輪胎工業(yè)軟件兩項(xiàng)從“0”到“1”的原創(chuàng)性技術(shù)突破，掌握了41項(xiàng)核心技術(shù)，從而使我國在航空輪胎工業(yè)上走出一條完全區(qū)別于西方國家的創(chuàng)新之路。

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：我們自己會(huì)布局一個(gè)示范性的工廠，進(jìn)行一些驗(yàn)證，以便更好地促進(jìn)我們的研發(fā)。另外一個(gè)就是，我們想把我們的技術(shù)給目前已有的輪胎廠，來升級(jí)它們的技術(shù)，使它們升級(jí)成能夠制造這種民航輪胎的一個(gè)能力。

　　(總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉 王帥 吉林總站)