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2024-04-13

  图为航空轮胎大科学中心。受访者供图

  【走近大国重器】

  记者 龙跃梅

  通 讯 员 何展辉 潘少杰

  三月的岭南大地,郁郁葱葱,生机盎然。

  一阵春雨过后,记者乘车来到广东省广州市黄埔区新龙镇。

  “看那里,好大的轮胎!”

  车上有人喊道。放眼望去,远处是一座造型独特的建筑,犹如两个巨型轮胎。它们一竖一横、一立一卧,银色的外墙宛如轮圈,深色的玻璃则好似轮毂,兼具创意与美感。

  “这就是全球第二套、全国首套飞行起降动力学大装置。”同行的广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院(以下简称“黄埔材料院”)副院长王杰告诉记者,在这里,研究人员不仅要研制中国自己的航空轮胎,还要反复测试航空轮胎的使用极限,确保其安全可靠。

造:仿生合成橡胶突破地理束缚

  来到“大轮胎”附近,王杰介绍,两个巨型“轮胎”功能各异,设计风格也各有特色——

  高达52米的“竖向轮胎”,巍峨壮观;“横向轮胎”虽然仅有23.45米高,但90米的横向直径让它颇有气势;在其后侧,是汇聚了先进技术的硬核科技中心。它们互为配套,共同组成航空轮胎大科学中心。

  飞机直冲云霄,需要“脚下”的轮胎助其一臂之力;飞机平稳着陆,也离不开坚实轮胎的缓冲护航。

  “与汽车轮胎的生产不同,制造航空轮胎,就一个字——难!”王杰强调,“首先是极端的温度变化,航空轮胎要承受从零下40摄氏度到零上70摄氏度的严酷考验;再者,飞机落地瞬间,航空轮胎要扛得住几十吨以上的冲击力。”

  正因如此,航空轮胎被比作“飞机的鞋子”,制造工艺极为复杂,成为轮胎制造领域“皇冠上的明珠”。

  长期以来,我国航空轮胎的原材料和核心技术均受制于国外,民航飞机使用的航空轮胎只能从国外租用。

  航空轮胎制造的瓶颈在哪里?我们是如何突破的?

  带着疑问,记者走进“大轮胎”一探究竟。

  在展示中心,首先映入记者眼帘的是两块橡胶。颜色深的,是天然烟片橡胶,被誉为“黑色黄金”,是生产航空轮胎的关键原材料;颜色浅的,是被寄予厚望的仿生合成橡胶。

  天然橡胶的主产地在东南亚,我国天然橡胶的对外依赖度很高。面对地域限制,我国科学家另辟蹊径——研制仿生合成橡胶。

  通过模仿天然烟片橡胶的精细结构,他们巧妙地在合成橡胶分子链上嵌入蛋白质和磷脂,实现了仿生橡胶合成技术的重大突破,制备出批量化的仿生合成橡胶。

  “目前,仿生合成橡胶的关键性能指标已达到进口高标号天然橡胶的水平。”中国科学院长春应用化学研究所所长、黄埔材料院院长杨小牛向记者介绍,“我们正努力摆脱地理位置的束缚,希望能将天然橡胶从农产品变成工业品。”

  原材料有了,航空轮胎的制造似乎近在咫尺。可是,如何验证由仿生合成橡胶制成的航空轮胎的可靠性和安全性?它的使用寿命到底如何?

  记者随着王杰,向轰鸣的检测装置走去。

测:极限条件试出可靠数据

  来到高大宽敞的测试大厅,满满的科技感扑面而来,一台台高大的设备正在紧张调试、运行。

  经过王杰的逐一介绍,记者见识了航空轮胎高加速试验台、轮胎道面环境试验台、飞机起落架摆振试验台、飞行器落震试验台等先进装置。

  大厅的一隅,摆放着一些航空轮胎。它们有的“跃跃欲试”,等着被“叫号”上阵参与试验;有的则已完成任务,安静地“躺平”。

  作为大装置的重要组成部分,航空轮胎高加速试验台(以下简称“试验台”)是最先投入调试和试运行的设备,也是测试轮胎性能的利器。

  试验台能够模拟测试在最高时速600公里时,轮胎与地面摩擦,发生偏转、侧倾等情况下性能的可靠性,以及使用寿命等,为研究人员提供一手的研究数据。

  记者走到试验台旁,在安全距离观察正在开展的仿生合成橡胶航空轮胎高速转动和瞬间承压试验。只见短短两三秒内,速度就升到每小时350公里。

  一旁的监控室内,研究人员紧盯着屏幕上的数据变化。

  除了横向高速摩擦测试,研究人员还要模拟飞机降落时航空轮胎承压的场景——在不断提升轮胎转动速度的同时,持续加大轮胎垂直方向的压力,让轮胎接受极限考验。

  当然,一次测试远远不够,需要24小时循环反复。

  “嘭!”突然发出一声巨响。经过反复模拟滑跑、起飞、着陆、刹车等工况,一条高速转动的轮胎承受能力达到了极限,被拉扯变形,瞬间爆破。

  杨小牛时常来这里观察测试情况。“我们要测出并研究航空轮胎在高速转动过程中的受力、生热、被破坏的位置以及演化过程等数据。”他说,“研究人员一定要搞清楚,航空轮胎会以何种形式被破坏?这种破坏会不会影响到飞机的安全?即使有百万分之一的不可靠性,也一定要把它的极限给探测出来。”

  目前,飞行起降动力学大装置已经完成了6个规格的航空轮胎测试,收集了2300多次起飞和降落时的运行数据。黄埔材料院研究员崔荣耀介绍,根据试验结果,改变原材料配方,通过不断迭代,就可以提高仿生合成橡胶航空轮胎的性能。在极端工作条件下,仿生合成橡胶航空轮胎的使用寿命,可比天然橡胶航空轮胎提升35%以上。

  “飞行起降动力学大装置已具备了部分对外服务运营能力,力争再经3—5年具备全面对外服务能力。”面向未来,杨小牛坚定地说,“我们要深入学习贯彻习近平总书记关于发展新质生产力的重要论述,让大科学中心更好发挥关键性作用,助力我国航空航天、低空交通、轮式装备等高端制造业拥有更强创新能力,迈向国际最高水平!”


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