航空轮胎的研发难度可见一斑:内部结构层数可达十层以上,需要经过数百次甚至上千次的极限测试,同时要承受从零下四十摄氏度到零上七十摄氏度的温度变化,并在飞机着陆瞬间承受数十吨的冲击力。这些严苛的要求使得航空轮胎的研发成为一项极具挑战性的任务。
与普通轮胎相比,航空轮胎具有三个显著特点:大承载能力、高速性能以及强大的抗冲击能力。科研人员形象地比喻道:"这就好比让赛车轮胎在保持转速和尺寸不变的情况下,还要具备大货车轮胎的载重能力。"长期以来,我国民航飞机的轮胎主要依赖于进口,而研发出属于中国人自己的高质量航空轮胎,是几代科学家矢志不渝的目标。
在广州黄埔区的一个山坳里,一个名为飞行起降动力学的大装置正在为实现这一目标积蓄力量。这个项目始于2020年1月,中国科学院启动了关键核心技术攻坚先导专项(C类)"仿生合成橡胶"项目,并计划建设航空轮胎大科学中心,开展技术研发和核心指标测试。
随后的同年二月,广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院应运而生。这座位于黄埔区新龙镇的小型建筑群,外观低调却内涵丰富:一座高52米的垂直结构形似轮胎,另一座横向直径达90米的装置则横卧其后。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介绍道:"我们的目标不仅是研发中国人自己的航空轮胎,更要通过测试确定其使用极限,确保产品的安全性和可靠性。"
由长春应化所牵头,联合国内二十家科研院所、高校和企业组成了一支重量级科研攻关团队,全力攻克航空轮胎的技术难题。其中,黄埔材料院主要负责动力学大装置的建设任务。
步入这座宽敞的研发大楼,映入眼帘的是各种高精度测试设备:高速旋转试验台、复杂路面模拟装置等精密仪器正在有序运行。科研人员正在对一个仿生橡胶制成的航空轮胎样品进行测试,在短短数秒内,轮胎转速就能达到时速两百公里。
更令人惊叹的是,实验平台能够模拟时速六百公里的极端条件,用于评估轮胎在各种极限情况下的表现。此外,研究人员还模拟飞机着陆时的高载荷场景,在不断提升转速的同时施加垂直压力,测试轮胎的极限承受能力。
自正式投入使用以来,这套设备已经完成了上百次航空轮胎的测试工作,收集了大量珍贵的数据。科研人员表示,与传统橡胶材料相比,仿生橡胶制成的轮胎在极端条件下的使用寿命提升了35%以上。
在展示中心,研究人员拆解了一个仿生橡胶轮胎,内部复杂的分层结构清晰可见。每层的角度和排列方式都会对性能产生重要影响。为了解决这一难题,科研团队自主研发了一套基于力学计算的数字轮胎工业软件,能够快速优化设计并缩短开发周期。
经过持续攻关,科研团队已经完成了航空轮胎从材料到制造的全链条国产化,并实现了两项原创性技术突破:仿生橡胶制备和数字轮胎软件系统。目前他们已掌握相关核心技术四十一项。
这座位于山坳中的装置不仅服务于航空领域,还产生了显著的技术溢出效应。其研发的多项技术可应用于非公路轮胎、新能源汽车轮胎等领域,并在空气弹簧和橡胶减震器等产品中得到广泛应用。
如今,这个大科学装置已具备测试验证多种类型航空装备性能的能力,每年吸引超过四千人次的企业和科研机构参观交流。黄埔材料院的建设不仅推动了技术进步,更为区域经济发展注入了新的活力。




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