國產(chǎn)航空輪胎跑出中國“加速度”

相錚 楊侖 葉青 龍躍梅

黨的二十大報告指出：“堅持把發(fā)展經(jīng)濟的著力點放在實體經(jīng)濟上，推進新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強國、質(zhì)量強國、航天強國、交通強國、網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國。實施產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程和重大技術(shù)裝備攻關(guān)工程，支持專精特新企業(yè)發(fā)展，推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展。”

航空輪胎對飛機的安全性和可靠性至關(guān)重要，對沖擊、承載、生熱和耐磨等技術(shù)指標有著極為苛刻的要求。放眼全球，航空輪胎行業(yè)的核心技術(shù)長期掌握在國外少數(shù)大公司手中，對我國而言，要想闖出一條路，唯有靠科技創(chuàng)新。近年來，隨著國產(chǎn)大飛機的研發(fā)、問世，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步升級，國產(chǎn)航空輪胎迎來飛速發(fā)展的契機。

研發(fā)團隊勇闖“三道關(guān)”

“我們就像在一間黑屋子里，連門在哪里、有沒有門都不知道。”這是中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所（下簡稱“長春應(yīng)化所”）所長楊小牛承擔航空輪胎研發(fā)任務(wù)時的真實想法。

照貓畫虎，生產(chǎn)出一條航空輪胎不難，通過偶爾的測試也不難，但要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、質(zhì)量追上甚至超越國外品牌，技術(shù)全鏈條自主可控，并真正地進入良性軌道，具有市場競爭力，獲得商業(yè)化成功，必須要闖過材料研發(fā)、工程化和市場化“三道關(guān)”。

這個過程正應(yīng)了楊小牛常常警醒團隊成員的一句話：“科學(xué)，沒有捷徑可以走，沒有彎道可以超。”

橡膠材料是研發(fā)航空輪胎亟須攻克的第一道難關(guān)。橡膠被譽為“黑色黃金”，作為重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，橡膠在國防軍工、航空航天、交通運輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有不可替代的地位。

要實現(xiàn)穩(wěn)定供給、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、自主可控的目標，就需要人工合成橡膠。長春應(yīng)化所在此領(lǐng)域有著悠久、深厚、光榮的歷史和積淀。1950年，我國第一塊合成橡膠——氯丁橡膠就誕生于此；該所20世紀70年代研制成功的鎳系順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)至今仍處于世界領(lǐng)先水準。

長春應(yīng)化所研究員白晨曦帶領(lǐng)團隊接過前輩手中的火炬，致力于高性能仿生合成橡膠的制備和工程化工作。要達到航空輪胎的使用標準，需要讓人工合成橡膠具有天然頂級煙片膠類似的性能。其關(guān)鍵是在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質(zhì)和磷脂。

“我們就像在無人之地奔跑，有目標，路卻需要自己走?！卑壮筷卣f。從技術(shù)路線到配方選擇，從合成裝備到仿生枝接……數(shù)年時間彈指一揮，他和團隊成員埋頭尋找材料的最優(yōu)解。

北國春城捷報頻傳：小試、中試成功，百噸級、千噸級開車成功，材料配方迭代了很多次，還將根據(jù)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要繼續(xù)迭代下去。長春應(yīng)化所的科研人員們在無人的荒野中蹚出一條康莊大道。

國產(chǎn)航空輪胎走出實驗室

自東北一路南下，3 000千米之外的廣州，大科學(xué)裝置的建設(shè)如火如荼。

從黃埔軍校舊址向東北出發(fā)25千米，就能遠遠地看到矗立在廣州市黃埔區(qū)新龍鎮(zhèn)的一座輪胎形狀的建筑——這里就是建設(shè)中的航空輪胎大科學(xué)中心。

在這里，先進試驗設(shè)備——航空輪胎高加速試驗臺的“日程表”早已被排得滿滿當當。伴隨著尖銳刺耳的巨大聲響，短短幾秒鐘內(nèi)，輪胎運轉(zhuǎn)時速加速至300千米。這模擬了飛機起飛的全過程，輪胎的各項數(shù)據(jù)通過傳感器、攝像頭被全方位記錄下來，以備進一步分析。

像這樣的大型試驗設(shè)備一共有7套。眼下，它們要做的就是評估航空輪胎裝在飛機上是否安全可靠。

廣東粵港澳大灣區(qū)黃埔材料研究院（下簡稱“埔材院”）研究員崔榮耀興致盎然地介紹著每一處場地的功用，描繪著航空輪胎試驗的場景，仿佛真的有起落架從高空砸下，產(chǎn)生了輪胎的形變、起落架的擺振。

崔榮耀對未來充滿希望，他與眾多科研工作者有一個共同的目標：解決航空輪胎工程化問題。

標準是一款產(chǎn)品適用與否的關(guān)鍵，但航空輪胎的標準就像一個“盲盒”：現(xiàn)有測試數(shù)據(jù)、評價標準大多由國外材料翻譯而來，知其然卻不知其所以然。“航空輪胎動力學(xué)大裝置就是要解決這個問題?！贝迾s耀說。

一系列先進的試驗裝置可以還原輪胎在真實使用場景中的表現(xiàn)，搜集并建立包括航空輪胎、汽車輪胎、特種輪胎等幾乎所有下游產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)字孿生、模擬地面動力學(xué)等實驗裝置，實現(xiàn)由基礎(chǔ)理論、硬核科技共性技術(shù)再到工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的突破。

舉例來說，科研人員需要對航空輪胎對抗沖擊、大承載、低生熱和高耐磨等多個矛盾性參數(shù)進行綜合設(shè)計，充分平衡它們之間的性能關(guān)系，實現(xiàn)高可靠要求。這需要模擬實際工況進行測試，預(yù)測出輪胎一共能完成的起降次數(shù)。

在實踐中，航空輪胎有時會經(jīng)受- 50～- 60 ℃的低溫環(huán)境以及降落時升至150 ℃的溫度劇變，有時需要在短時間內(nèi)達到起飛速度，有時需要在干燥、結(jié)冰的跑道上起降……

“為了實現(xiàn)航空輪胎的高可靠性，我們需要了解其全生命周期的表現(xiàn)，希望將其壽命末期出現(xiàn)爆胎的情況控制在特定部位，甚至精準到哪一次出現(xiàn)。”楊小牛說。

在傳統(tǒng)意義上，輪胎尤其是航空輪胎迭代的鏈條、周期較為漫長；如今，幾乎可以保持動態(tài)更新。巨大的跨越源于顛覆性的核心算法、完全獨立自主的數(shù)字輪胎工業(yè)軟件。在軟件中，輪胎的各項數(shù)據(jù)、受力情況等要素一目了然，大大縮短了原有的流程和開發(fā)時間。

負責軟件開發(fā)的項目研究員葉峰表示，該軟件從核心算法上進行了顛覆性的創(chuàng)新，使用了基于等幾何原理的底層算法求解策略，同步實現(xiàn)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能預(yù)測，加速了產(chǎn)品制造的迭代進程，形成了多個規(guī)格型號的航空輪胎產(chǎn)品的并行開發(fā)能力。

從材料到產(chǎn)品，全鏈條自主可控的國產(chǎn)航空輪胎走出了實驗室，變成了看得見、摸得著的樣品。

技術(shù)外溢助推行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

一年365天，登門找技術(shù)的企業(yè)就有近400家，埔材院的門檻幾乎被企業(yè)踏破了。作為新型研發(fā)機構(gòu)，該院建成了以航空輪胎動力學(xué)大裝置為核心的高端輪胎研發(fā)及制造平臺、芯片化學(xué)材料研發(fā)及制程驗證平臺。

航空輪胎是輪胎行業(yè)皇冠上的明珠，其在材料、工程制備等方面沉淀下來的技術(shù)有極佳的應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景。

埔材院副院長、研究員王杰舉了個簡明易懂的例子：新能源汽車輪胎有加速更快、滾阻更小、承載更大、噪聲更低的要求，而對掌握有航空輪胎全鏈條技術(shù)的團隊來說，新能源汽車輪胎正是可以大展拳腳的領(lǐng)域。

2021年底，在黃埔區(qū)政府的支持下，埔材院與當?shù)仄髽I(yè)共同成立了注冊資本達20億元的黃埔輪胎（廣州）技術(shù)有限公司。新能源汽車輪胎、特種輪胎以及更多的前沿技術(shù)在這里快速成長。

非充氣輪胎被業(yè)界認為是輪胎的二次革命，有望解決充氣輪胎在舒適性和操控性上的矛盾，徹底將“爆胎”變成歷史名詞。

在埔材院，年輕的研究員趙曉禮正帶領(lǐng)團隊針對非充氣輪胎進行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)?！拔覀兊臉悠芬呀?jīng)上路測試，目前要解決的問題是提升最高行駛速度和高速下的連續(xù)行駛能力。”談起項目，趙曉禮信心十足。

風乍起，吹皺一池春水。

破除機制“藩籬”，先進而卓有成效的科技創(chuàng)新體制被“復(fù)制粘貼”，在生物醫(yī)用材料、高分子材料等諸多領(lǐng)域得到了創(chuàng)新性的應(yīng)用。

一項有趣的成果轉(zhuǎn)化出現(xiàn)在智能穿戴設(shè)備上，當?shù)匾患移髽I(yè)與埔材院達成長期戰(zhàn)略合作。該項目負責人張通介紹，這項技術(shù)的來源是輪胎測試中經(jīng)常用到的標定輪胎形變的接地印痕陣列傳感器，應(yīng)用到智能穿戴設(shè)備上以后，可以更精準地對人的心率和血壓等參數(shù)進行實時測量。

一系列的技術(shù)外溢為航空輪胎的研發(fā)工作賦予了更多價值，也為輪胎行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了更多可能。

一批青年才俊成長為科研骨干

仿生合成橡膠航空輪胎這一項目自啟動以來，僅兩年半的時間，已基本實現(xiàn)了全流程技術(shù)鏈條貫通。

無論是退休返崗的老專家、正值壯年的科研骨干還是初出茅廬的青年科研工作者，都從不同角度表達了這次項目有點“不一樣”。

用楊小牛的話說，項目的“指揮棒”變了。項目瞄準的不再是論文、獎項等指標，而是圍繞航空輪胎這一國家需求，在布局伊始就進行了一體化的設(shè)計，高效配置全產(chǎn)業(yè)鏈上的科技力量和創(chuàng)新資源，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研、用各環(huán)節(jié)心往一處想、勁往一處使，各種知識與想法匯集，所有數(shù)據(jù)和成果共享，最終匯聚成了關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的強大合力。

體制機制的創(chuàng)新使得整個項目生機勃勃?！霸诮M織模式方面，強化產(chǎn)品導(dǎo)向、應(yīng)用導(dǎo)向，形成了‘研究所+企業(yè)+地方三方面聯(lián)合攻關(guān)模式；在人才方面，賽馬制、揭榜掛帥等制度已經(jīng)在項目中得到廣泛應(yīng)用?！睏钚∨Ｕf。

作為仿生合成橡膠航空輪胎項目的總負責人，最令楊小牛欣喜的不僅是成果，更是在實戰(zhàn)中凝聚的這支人才隊伍。1981年出生的郇彥擔任專項的副總工程師，對不同專業(yè)領(lǐng)域深入鉆研，開展統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，已成長為跨學(xué)科、跨領(lǐng)域全面發(fā)展的復(fù)合型人才，在重大任務(wù)中展現(xiàn)了自己的才華；1987年出生的葉峰則是工業(yè)軟件的核心科學(xué)家；一批“90后”青年才俊在項目中成長為獨當一面的骨干。

科研工作者心無旁騖、全心全意地投入到專項的科學(xué)研究工作中，攻克了一項又一項核心技術(shù)。

國產(chǎn)航空輪胎正是在這樣的良性循環(huán)中跑出了中國“加速度”。