面向國(guó)家重大專項(xiàng)需求 緊跟國(guó)際航空科技前沿
——走進(jìn)民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

[編者按]民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)商飛）北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心（簡(jiǎn)稱北研中心），于2011年8月經(jīng)北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)正式認(rèn)定為北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。杜善義院士擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，中國(guó)商飛公司飛機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì)專業(yè)副總師、北研中心副總設(shè)計(jì)師徐吉峰擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任。實(shí)驗(yàn)室從事民用航空領(lǐng)域基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)及前沿技術(shù)的研究，科研專業(yè)涵蓋飛行器設(shè)計(jì)、機(jī)械工程、工程力學(xué)、材料與工藝、智能檢測(cè)與控制以及增材制造等。實(shí)驗(yàn)室具備靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境條件下強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證能力和新型結(jié)構(gòu)加工制造能力、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)及無(wú)損檢測(cè)等能力，為民機(jī)材料、工藝制造、結(jié)構(gòu)和檢測(cè)等研究方向夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)及突破關(guān)鍵技術(shù)提供技術(shù)和條件保障，成為基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究的數(shù)據(jù)獲取和成果轉(zhuǎn)化的有力支持平臺(tái)。

研究方向與科研成果

民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)“研制攻關(guān)，創(chuàng)新技術(shù)，加強(qiáng)集成，提升能力”來(lái)支撐和實(shí)施研究項(xiàng)目，通過(guò)“建設(shè)能力，深化專業(yè)，加強(qiáng)共享，支持型號(hào)”來(lái)建設(shè)和鞏固專業(yè)能力。實(shí)驗(yàn)室以民機(jī)研制流程為牽引和導(dǎo)向，圍繞新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新方法在民用飛機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究，其研究方向涵蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析、制造工藝、檢測(cè)維護(hù)、試驗(yàn)驗(yàn)證、增材制造應(yīng)用6個(gè)方面。

針對(duì)民機(jī)先進(jìn)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室踐行團(tuán)隊(duì)融合的發(fā)展途徑，參與項(xiàng)目研究和型號(hào)研制，開(kāi)放合作，資源共享，穩(wěn)步提升，形成核心技術(shù)積累。2020年，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了來(lái)自C919大型客機(jī)型號(hào)研制和CR929寬體客機(jī)型號(hào)研制的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目、民機(jī)專項(xiàng)科研項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)博士后基金項(xiàng)目、北京市和上海市級(jí)項(xiàng)目、中國(guó)商飛預(yù)先研究項(xiàng)目和橫向合作項(xiàng)目等。

（1）型號(hào)研制與民機(jī)專項(xiàng)科研項(xiàng)目。

C919大型客機(jī)型號(hào)研制。支持垂尾適航取證，完成垂直安定面疲勞與損傷容限試驗(yàn)；完成復(fù)合材料尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、起落架艙門接頭疲勞壽命影響評(píng)估和厚板材料S-L向裂紋擴(kuò)展及斷裂行為研究等。

CR929寬體客機(jī)型號(hào)研制。參與機(jī)翼的中俄聯(lián)合設(shè)計(jì)與研制以及中后機(jī)身和平尾研制項(xiàng)目；完成復(fù)材前機(jī)身國(guó)產(chǎn)材料壁板壓剪試驗(yàn)、復(fù)合材料加筋壁板舵面攻關(guān)試驗(yàn)等。

新能源垂直起降無(wú)人機(jī)研究。完成數(shù)字孿生、新型合金、石墨烯增強(qiáng)材料等新技術(shù)在新能源飛機(jī)上的初步應(yīng)用方案。

增材技術(shù)研究。參與基于增材制造的民機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)研究、面向增材制造的整體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用、大型客機(jī)和民用航天高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件增材制造結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究等項(xiàng)目。

前沿技術(shù)探索與研究。開(kāi)展用于非圓截面結(jié)構(gòu)體的雙向加筋壁板結(jié)構(gòu)技術(shù)研究，折疊翼結(jié)構(gòu)概念方案研究，用于民機(jī)的高強(qiáng)、高模復(fù)合材料和新型合金應(yīng)用技術(shù)研究等。

（2）國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。

考慮溫度和載荷效應(yīng)的復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究項(xiàng)目通過(guò)建立含脫粘損傷的膠接結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，對(duì)全波場(chǎng)成像方法進(jìn)行研究，為脫粘非線性響應(yīng)成像試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。3D打印鈦合金近表面缺陷多物理電磁熱成像檢測(cè)技術(shù)研究項(xiàng)目旨在分析研究多物理電磁熱成像檢測(cè)新方法應(yīng)用于3D打印鈦合金復(fù)雜構(gòu)件近表面缺陷檢測(cè)的技術(shù)要素和實(shí)施途徑。

（3）橫向合作項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)室作為國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的重要科研基地，積極開(kāi)展與其他單位的橫向合作，所承擔(dān)的項(xiàng)目主要包括：中國(guó)擊劍協(xié)會(huì)測(cè)試服務(wù)項(xiàng)目、北京飛機(jī)維修工程有限公司“復(fù)合材料成型技術(shù)研究”項(xiàng)目、飛機(jī)天線固有頻率測(cè)試技術(shù)研究、高承載機(jī)翼靜力試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)服務(wù)、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料原位成型技術(shù)研究、液體成型機(jī)身壁板干纖維自動(dòng)鋪放預(yù)成型技術(shù)研究、自動(dòng)鋪絲工藝驗(yàn)證及機(jī)身下壁板試驗(yàn)件研發(fā)、ARJ21-700飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷驗(yàn)證試驗(yàn)和國(guó)產(chǎn)復(fù)合材料抗沖擊性能測(cè)試項(xiàng)目等。

2020年初，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)集成遠(yuǎn)程審查輔助設(shè)備和過(guò)程交互技術(shù)，進(jìn)行5G+AR遠(yuǎn)程適航審查技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次異地目擊適航驗(yàn)證試驗(yàn)。

科研能力

實(shí)驗(yàn)室面向國(guó)家重大專項(xiàng)的迫切需求，緊跟國(guó)際航空科技前沿發(fā)展趨勢(shì)，以促進(jìn)我國(guó)航空工業(yè)跨越式和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，從事民用航空領(lǐng)域基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)及前沿技術(shù)的研究，成為基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究的數(shù)據(jù)獲取和成果轉(zhuǎn)化的有力支持平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)室可承擔(dān)民機(jī)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料研制過(guò)程中的靜力、疲勞、損傷容限和環(huán)境影響等研發(fā)試驗(yàn)和適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)，配有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)性能表征、閃電及高速?zèng)_擊測(cè)試、先進(jìn)材料制造加工、無(wú)損檢測(cè)等設(shè)備，試驗(yàn)設(shè)備和能力在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，擁有國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有激光加熱功能的鋪絲設(shè)備，部分設(shè)備處于國(guó)際一流水平。

實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)行業(yè)前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)室作為創(chuàng)新平臺(tái)的技術(shù)創(chuàng)新骨干作用，為未來(lái)中國(guó)民機(jī)新型號(hào)的成功研制提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

人才隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室充分利用國(guó)際資源，引進(jìn)一批海外高層次人才和帶頭人，發(fā)揮人才在規(guī)劃和實(shí)施中的領(lǐng)軍作用，通過(guò)國(guó)際合作培養(yǎng)和鍛煉一批具有國(guó)際視野的民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研發(fā)專業(yè)技術(shù)人才和項(xiàng)目管理人才，逐步形成了由民機(jī)行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜翌I(lǐng)軍、年齡搭配合理、國(guó)內(nèi)外專家提供支持的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

（1）復(fù)合材料機(jī)翼研制攻關(guān)團(tuán)隊(duì)是中國(guó)商飛（公司）第一支產(chǎn)品類IPT團(tuán)隊(duì)。采用了橫向?qū)I(yè)和縱向攻關(guān)組的“矩陣式”管理模式，發(fā)揮人才優(yōu)勢(shì)。

（2）未來(lái)新型號(hào)客機(jī)研制團(tuán)隊(duì)圍繞未來(lái)新型號(hào)客機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)研制多方面需要，采取跨專業(yè)聯(lián)合工作的模式，梳理并進(jìn)行各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。

（3）新材料應(yīng)用研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)纖維金屬層板、熱塑性復(fù)合材料以及3D打印鈦合金等進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)研究，探索新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。以ARJ21、C919型號(hào)改進(jìn)、未來(lái)新型號(hào)客機(jī)型號(hào)研制為需求牽引，提升中國(guó)商飛在增材制造領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）艙內(nèi)噪聲創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)以艙內(nèi)噪聲為研究對(duì)象，通過(guò)開(kāi)展民機(jī)低噪聲設(shè)計(jì)與控制關(guān)鍵技術(shù)研究，形成低噪聲設(shè)計(jì)及控制初步技術(shù)方案。團(tuán)隊(duì)所形成的噪聲與振動(dòng)測(cè)試方法、壁板隔聲計(jì)算方法和測(cè)試數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇測(cè)試數(shù)據(jù)、低噪聲設(shè)計(jì)及控制初步技術(shù)方案等成果均可用于現(xiàn)階段未來(lái)新型號(hào)研制艙內(nèi)噪聲設(shè)計(jì)工作。

（5）先進(jìn)結(jié)構(gòu)制造工藝創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)圍繞民機(jī)先進(jìn)結(jié)構(gòu)低成本與自動(dòng)化制造工藝方向，在典型民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)液體成型、夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)熱壓罐共固化成型、非熱壓罐預(yù)浸料固化、復(fù)合材料加工技術(shù)等方面取得系列創(chuàng)新性研究成果。

（6）增材制造技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)進(jìn)行增材制造技術(shù)應(yīng)用研究和驗(yàn)證技術(shù)發(fā)展與能力建設(shè)規(guī)劃，開(kāi)展鈦合金、鋁合金以及熱塑性復(fù)合材料增材制造關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究與型號(hào)應(yīng)用推進(jìn)工作。2020年，在中國(guó)商飛專業(yè)總師指導(dǎo)下，完成了“中國(guó)商飛增材制造技術(shù)應(yīng)用發(fā)展路線圖”的發(fā)布。

交流合作

實(shí)驗(yàn)室充分創(chuàng)造“開(kāi)放、流動(dòng)、聯(lián)合、協(xié)作”的科研氛圍，在多學(xué)科交叉的高、新、實(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)放型技術(shù)研究，努力提高科研軟、硬件基礎(chǔ)，跟蹤相關(guān)國(guó)際前沿和研究熱點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)室的科研與試驗(yàn)水平與國(guó)際接軌。

實(shí)驗(yàn)室充分發(fā)揮“崗位開(kāi)放、資源開(kāi)放”的管理運(yùn)行機(jī)制。采用合同聘用制聘請(qǐng)外單位流動(dòng)人員，包括IPT聯(lián)合協(xié)作形式；同時(shí)實(shí)驗(yàn)室主要崗位面向全球公開(kāi)招聘，吸引全球優(yōu)秀人才，有效配置人力資源；對(duì)內(nèi)與中國(guó)商飛公司試驗(yàn)驗(yàn)證中心、民用航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)聯(lián)合研究中心等合作，引進(jìn)LIMS管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和流程文件內(nèi)部共享，承接公司型號(hào)試驗(yàn)等，對(duì)外承接外部研發(fā)試驗(yàn)、參與橫向課題研究等。

實(shí)驗(yàn)室采用“人員聘用、國(guó)際智庫(kù)、出國(guó)留學(xué)、學(xué)術(shù)會(huì)議、技術(shù)培訓(xùn)”等多種機(jī)制，有效地促進(jìn)人才流動(dòng)和發(fā)展。在人員聘用方面，對(duì)海外人才采用實(shí)崗使用的原則，建立博士后科研流動(dòng)站。在技術(shù)培訓(xùn)方面，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置專家講壇，積極創(chuàng)造條件加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外知名航空企業(yè)技術(shù)交流，不斷提高人才水平。