低成本通用航空之复材性能通用数据库

摘要：文章介绍了美国复材性能通用数据库，提出了建立国内复材性能通用数据库的设想，分析了数据库的重要性和优势以及建立数据库的紧迫性，并提出了建立数据库的相关措施。

关键词：复合材料性能通用数据库；通用航空；低成本；AGATE

中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）10-0003-02

随着《低空空域管理改革指导意见》的出台，可以预见通用航空将在中国蓬勃发展，通用飞机也将有巨大的市场。航空是高能耗的产业，随着石油资源日益枯竭及其价格不断上涨，通用航空对经济性和环境友好的要求将越来越高，通用飞机除满足安全性、舒适性要求之外，还将更重视经济性以及环境友好。先进复材成为满足这些要求的重要

选择。

在众多先进复材中，预浸料、湿法材料由于易加工、成本低而成为当前通用飞机结构以及结构修理的主要材料。这些先进复材虽然具有上述优点，但是由于复材是正交各向异性材料，飞机设计需要复材的性能比金属的要多几倍，另外，由于复材性能受原材料、工艺、环境温度和湿度的影响比金属严重，因此获得复材性能的试验数量将远高于金属的数量。这无疑提高了研制成本，降低了飞机的经济性。无论国内还是国外，都已建立了金属材料性能通用数据库，飞机厂商一般不需要重新对金属材料进行试验，复材也需效仿金属建立其性能的通用数据库，以减少试验数量，唯有如此，才能实现复材飞机的低成本研制。

一、美国的复材性能通用数据库

1994年，通用航空强国美国的NASA、FAA以及来自于工业界、院校以及其它政府部门的大约70个其它成员创立了美国先进通用航空技术试验（AGATE）联盟，目的是要缩短一半的飞机研发时间。而AGATE的主要贡献之一就是美国的复材性能通用数据库，这个数据库收录了各家复材供应商的材料性能，所使用的试验件是由某飞机厂商生产加工的，试验由第三方试验室进行，另外，还对另一飞机厂商制造的试验件进行试验，证明此飞机厂商也能利用数据库所收录的性能数据。此复材性能通用数据库已经被亚当、兰斯通、西锐等各飞机厂商用机研发和取证。

2005年，美国先进材料性能国家中心（NCAMP）取代了AGATE，这个第二代数据库要把原来通用飞机的成功应用推广到包括商用大飞机在内的更广领域。

二、复材性能通用数据库的优点

由于没有复材性能通用数据库，对同一复材，每个飞机厂商都需要对其进行3～5批，约2000个试验，这将使每家飞机厂商都背上沉重负担；另外，复材供应商为推广其材料应用到更多飞机型号，可能要为每个用户免费提供大量试验用料。最终都将造成极大的材料和试验资源浪费，并极大地影响飞机研制进度，提高成本，最终转嫁给消费者。

如果材料性能被复材性能通用数据库收录，飞机厂商可以只进行少量试验，周期大概为3个月，而没有通用数据库的材料，其试验则至少需要1年。根据美国亚当飞机公司A500的经验：2002年，利用复材通用数据库，只进行1批的少量试验，由此而至少节省了1年的时间和16万美元的试验费用。由此可见，复材性能通用数据库可让飞机厂商极大地节省试验费用、人力投入，并缩短研制周期，最终大大降低每个型号飞机的研制成本。对于整个飞机设计制造行业来说，降低成本的作用不可估量。

如果有通用的数据库，材料供应商就不必为每个新用户免费提供3～5个批次的试验用料，这对于材料供应商开发新用户、降低成本是非常重要的。

总之，无论对复材供应商还是对飞机厂商来说，复材性能通用数据库都非常重要。

三、建立国内复材性能数据库的必要性

由于当前国内工艺水平落后，以及质量保障水平较低，暂时仍没有国内飞机厂商应用美国复材性能通用数据库的实践，应用此数据库的思想仍受到怀疑。一方面，国内飞机厂商需要革新其工艺水平，提高质量保障水平。另一方面，很有必要建立国内复材性能通用数据库，以供国内各飞机厂商采用，原因如下：

1．数据库的优势是极大地降低了通用飞机甚至商用大飞机的研发成本，有利于提高国内飞机厂商的竞争能力。

2．国内外材料供应商共同参与的数据库，有利于国内复材供应商通过市场竞争提高工艺水平，提高复材研发和制造能力，最终有利于降低国内飞机厂商的复材采购成本。

3．国家战略性新兴产业航空产业的主体是通用飞机和商用大飞机，但国内通用飞机厂商和商用大飞机厂商都面临着国外飞机厂商的巨大竞争压力，并且面临着奇高的材料以及零部件采购成本，因此可以说：目前国内飞机厂商与国外飞机厂商的竞争是以单兵对体系的竞争，国内飞机厂商很难占领世界市场，甚至可能丢掉国内市场。

四、建立国内复材性能通用数据库的紧迫性

美国的复材性能通用数据库已经发展至第2代，并为通用飞机甚至大飞机所广泛利用，而国内尚无类似的数据库。金属材料性能数据不全已经让飞机设计师们在工作中感到非常无奈，同时也导致了试验数量和费用的增加，因此，尽早建立国内复材性能通用数据库，改变落后美国两代的现状，这对于国内材料供应商和飞机厂商都非常重要。

五、国内复材性能通用数据库缺乏的原因

目前国内没有复材性能通用数据库的原因有：

1．国内材料供应商对材料性能数据的重要性认识不足，试验数据积累不够。

2．国内的飞机厂商对其材料性能数据视为企业秘密或优势，不愿共享。

3．材料供应商行业和飞机厂商行业之间缺乏协作，没有共同携手来降低成本。

4．缺乏政府的支持和引导。

六、建立国内复材性能通用数据库的措施

笔者认为，应当借鉴航空强国美国建立AGATE和NCAMP的经验，政府、高校和企业共同努力建立中国的复材性能通用数据库。

1．政府部门包括工业与信息化部、科技部、民航局等可以组织高校、飞机厂商、复材供应商来共同组建一个复材通用数据库筹备、技术指导和运行管理的机构。政府可以提供政策引导并对相关的试验室提供经费支持。

2．借鉴AGATE的成功经验，材料供应商、多个材料用户以及试验室通力合作进行初始鉴定试

验以及等同性试验，以建立复材通用数据库。

3．政府可以鼓励收录已经在取证通用飞机上完成了审定的材料性能到数据库中，为国内通用飞机厂商所共享，由政府对提供数据的厂商进行补贴。

建立复材性能通用数据库的措施还有很多，需要在实践中摸索，希望在不久的将来，国内的复材性能通用数据库就可助国内复材供应商和飞机厂商降低成本、提高竞争力。

参考文献

[1]Barry Berenberg. AGATE Methodology Proves Its Worth. High-Performance Composites， 2003-05-01．