德陽,赫赫有名的「重裝之都」,是國內首個「中國重大技術裝備製造業基地」。
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C919首航成功後,已經開啟常態化運營。
圍繞C919國產化率的爭論,一直不絕於耳。
在很多人看來,中國不過是造了一個框架和殼子。
那麼問題來了,大飛機的框架和殼子,造起來很容易嗎?
中國大飛機的脊樑,是如何煉成的?
C919最大起飛重量達72噸。
這麼一個龐然大物,起飛不容易,降落也不容易。
整個飛機的結構,無疑是安全的根本所在。
C919的國產部件一覽
這裡,介紹一下大飛機的幾個關鍵部件:
一是起落架。
起落架,相當於大飛機的腿,是起飛、著陸、滑跑、地面移動和停放所必需的支持系統。
這條腿,不僅要支撐起最高達數百噸的重量,還要在飛機降落時吸收巨大的衝擊力。
二是翼梁。
機翼是飛機的翅膀,翼梁則是機翼承受彎矩的唯一構件。
翼梁一般由上、下緣條和腹板組成,要能承受極大的拉力和壓力。
三是發動機弔掛。
顧名思義,發動機弔掛是用來掛發動機的。
通過這個掛件,發動機將推力傳遞到機翼,進而推動飛機起飛。
C919的發動機
要想支撐大飛機數萬小時的安全飛行,每一個部件對強度、剛度的要求都極高。
此外,現在的大飛機,設計上追求輕量化。
如何在減輕重量的同時,滿足強度、剛度的標準?
關鍵是製造工藝。
最開始,飛機採取的是拼接組裝的方式。
以起落架外筒為例,外筒的筒體分為多個部分鍛造以後,再焊接為一體,外筒與斜撐杆、橫樑也是分開製造後,再組裝到一起。
拼接終究是拼接的,遠不如一體的堅固。
特別是連接部位,往往需要額外的加強設計,這也增加了構架的重量。
C919的起落架
1940年代,德國戰機採用了整體鍛造技術,大大提高了戰鬥機的整體性能。
自此,整體鍛造技術成為航空產業的關鍵。
民用大飛機,因為體積大,所用的部件也更大,採用的是更新的一種技術:大型模鍛。
模鍛,全稱為模型鍛造,與自由鍛相對應。
以製作一塊帶花紋的月餅為例,自由鍛技術,只能上下左右擠壓,製作出一塊餅坯,花紋還要另行雕刻。
模型鍛造,將材料放進模具內壓制而成,直接能製造出帶花紋的模具。
月餅模具
如果說,自由鍛需要千錘百鍊,那麼,模鍛壓機就是一錘定型。
據此可以看出,整體模鍛技術,既可以提高構件的強度和剛度,也能提高生產效率和材料利用率,進而節約了成本。
模鍛技術的原理不複雜,難就難在大飛機的部件體積大,需要的模鍛壓機壓力值必須在4.5萬噸以上。
這樣的大型模鍛壓機,全球只有7台。
大型模鍛壓機,製造難度極大,是當之無愧的「大國重器」。
4.5萬噸以上的大型模鍛壓機,全球只有7台。
其中,美國擁有2台4.5萬噸級別的大型模鍛壓機,俄羅斯擁有2台7.5萬噸級別的大型模鍛壓機,法國擁有1台6.5萬噸級別的大型模鍛壓機,德國擁有1台6萬噸級別的大型模鍛壓機(美國製造)。
剩下的1台,來自中國。
中國的這台大型模鍛壓機為8萬噸,壓機尺寸、整體質量和最大單件重量均為世界之首。
大型模鍛壓機,全球只有俄羅斯、美國、中國、歐盟有能力製造,這與世界航空製造業的格局是一致的。
實際上,大型模鍛壓機的誕生,就是為航空工業服務的。
1934年,德國研製成功7000噸模鍛液壓機。
1942年,美國大規模製造中小型模鍛壓機,加速生產二戰亟需的戰鬥機。
1957年至1961年,前蘇聯建造了兩台7.5萬噸級模鍛壓機,並在此後幾十年內成為這一方面的霸主。
中國最早的鍛壓機,是從前蘇聯進口的。
1967年,中國第一重型機器廠建成3萬噸級模鍛水壓機。
這一模鍛壓機不僅創下亞洲最大紀錄,還一舉扭轉了主要航空模鍛件完全依賴進口的被動局面。
中國一重亞洲最大的30000噸級模鍛水壓機
3萬噸級別的模鍛壓機,用於製造戰鬥機綽綽有餘,但拿來製造大飛機就捉襟見肘了。
1970年代,為了研製運10項目,中國同步研發6.5噸大型模鍛壓機。
但該項目因經費、技術儲備不足等原因而夭折。
2007年2月,國務院批准大型飛機研製重大科技專項正式立項。
也正是在這一年,國務院批准8萬噸大型模鍛壓機立項。
5年磨一劍。
2012年,中國二重成功研發出8萬噸模鍛壓機,並於次年正式投入試生產。
8萬噸大型模鍛壓機,堪稱一台巨無霸。
這台裝備,地上高27米,地下15米,總高42米,設備總重2.2萬噸,僅單個零件超過75噸的就有68個,液壓缸驅動的活動橫樑上下運動可施加高達8萬噸的壓力。
8萬噸模鍛壓力機
有了這台裝備,大飛機關鍵部件的製作,就猶如「做月餅」一樣簡單。
C919飛機起落架的主起外筒,寬1.2米,高2.8米,重達1.6噸。
如此大的部件,大型模鍛壓機鍛壓成型只需要幾秒。
據統計,C919大飛機起落架、上下緣條、發動機弔掛、垂尾等130餘項鍛造件都由中國二重製造。
大型模鍛液壓機正在加工C919鈦合金零部件
其中的關鍵部件,又離不開8萬噸大型模鍛壓機。
值得一提的是,中國二重位於四川德陽。
航空模鍛件是飛機的鋼筋鐵骨,是C919的脊樑。
大型模鍛技術買不來、買不到,只能自主創新。
可以說,四川德陽撐起了中國大飛機的脊樑。
德陽,位於四川省成都平原東北部,毗鄰省會成都。
這裡的人口不到400萬,2022年GDP不到3000億,是一個典型的三線城市。
德陽所處區位圖
別看德陽不大起眼,卻是赫赫有名的「重裝之都」,是國內首個「中國重大技術裝備製造業基地」。
具體來說,德陽製造了:
全國30%的火電機組,40%的水電機組,60%的核電機組,16%的風電機組;
全國50%的大型軋鋼設備和大型電站鑄鍛件;
年產量世界第一的發電設備;
出口規模全國第一的油氣鑽采裝備。
除了8萬噸的大型模鍛壓機,德陽還成功研製了「華龍一號」、白鶴灘百萬千瓦水電機組、50兆瓦重型燃機等一批「國之重器」。
德陽研製全球首台百萬千瓦水輪發電機組轉子在白鶴灘水電站吊裝
德陽的裝備製造,為何如此厲害?
答案是,三線建設。
上世紀60年代,為了加強以國防為中心的戰略大後方,中國啟動了「三線建設」。
三線建設歷經3個五年計劃時期,涵蓋13個省、自治區,中國共投入2050餘億元資金,建設了數千個項目。
德陽,正是三線建設的重點區域,這裡陸續建成了20個大中型企業和職業技術院校。
其中,就包括了中國二重、東方電機、東方電工等重型裝備製造企業。
德陽也因此實現了從農業小縣城向新型重工業城市的「蝶變」。
三線建設,像是國家的一次「輸血」,並不能讓德陽獲得永久的「動力」。
特別是隨著市場競爭日益激烈,與不少老工業基地一樣,德陽也面臨著發展動力不足的問題。
如何轉型,德陽一直在探索。
一是要靠技術創新。
德陽的重裝企業,沒有躺在功勞簿上吃老本。
中國二重研發的8萬噸大型模鍛壓機,便是典型案例。
8萬噸大型模鍛壓機,不僅讓德陽又添「大國重器」,還滿足了中國航空、艦船、航天、核工業等行業對高性能模鍛產品的需求。
除了C919外,大型模鍛壓機還為波音787和空客A320提供起落架鍛件。
技術創新,帶來的經濟效益也是可觀的。
按570架訂單計算,中國二重為C919提供的一系列鍛件就能實現60億元左右的總收益。
二是要產業轉型。
企業要創新,產業要轉型。
在「雙碳」目標的大背景下,德陽的傳統能源裝備產業正在向清潔能源裝備製造產業轉型。
作為世界清潔能源裝備大會的永久會址,德陽已經形成了「源網荷儲」全產業鏈,具備水電、火電、核電、氣電、風電、太陽能發電「六電並舉」的研製能力。
中國德陽是世界清潔能源裝備大會的永久會址
2022年,德陽市清潔能源裝備的產值達650億元,到2035年,這一產值預計將突破3000億元。
工業老城,正在煥發新機!