遇見復材難題,苦于無人解惑?
【材訪錄】重磅上線!我們特邀學術界與產業界頂尖專家,直面工藝瓶頸、研發挑戰與行業趨勢,以精辟問答深度剖析。
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復合材料從實驗室里的“性能達標”,到真正隨直升機飛上天、闖戰場、經年累月接受嚴苛考驗——這中間的距離,遠比大多數人想象的要漫長而兇險。
【材訪錄】第四期,我們邀請到中國直升機設計研究所標準材料部副部長——何志平。他既是中國復合材料學會理事,更是多型直升機材料應用的直接負責人。
在本期對話中,他首次系統拆解了航空復合材料工程應用必須闖過的“四關”:性能穩定性、工藝適配性、環境耐久性、結構驗證符合性。他用一個“膠膜與預浸料工藝窗口不匹配”的真實排故案例,生動詮釋了什么叫“系統思維”。他還直面標準體系“碎片化”的短板,并給出了學會平臺彌合“前沿”與“工程”鴻溝的三條務實路徑。
以下為訪談實錄,一場關于“如何讓好材料真正飛起來”的硬核對話,正式開始。

何志平部長
何志平,中國直升機設計研究所標準材料部副部長,中國復合材料學會理事、航空復合材料專委會委員,全國碳纖維標準化技術委員會委員,全國玻璃纖維標準化技術委員會委員,負責了多型軍、民、無人直升機型號的材料應用與管理工作,承擔了多項重點預先研究課題,推進了多項關鍵新材料在直升機上的應用,在復合材料應用與驗證方面具有豐富的經驗,榮獲集團航空報國二等功1次,集團科技進步特等獎1項,發表論文十余篇。

一、何部長,您負責了多型直升機的材料應用工作。在您看來,復合材料從實驗室性能達標到最終能“飛上天”,在工程應用驗證環節中,最關鍵、最苛刻的考核標準是什么?能否分享一個讓您印象最深刻的“排故”或“驗證”案例?
答:復合材料由于其特殊的材料特性和復雜的失效模式,要在高度重視安全性、可靠性、耐久性的航空裝備上實現“飛上天”,實驗室性能達標僅僅是滿足啟動工程應用驗證的基礎條件,后續還需要歷經“積木式驗證(Building Block Approach)”這一關鍵、嚴格標準考核,從材料級、元件級、典型件級、組合件級到部件級逐級放大、逐級考核、逐級確認,每一級均合格,才能實現應用;在工程應用驗證環節需要闖過關鍵“四關”,包括“性能的穩定性”、“工藝的適配性”、“環境與耐久性”、“結構驗證符合性”。
在新材料驗證過程中曾經出現這樣一個排故小插曲。直升機輕量化設計中采用了大量的蜂窩夾層結構,制造中在芳綸紙蜂窩和碳纖維面板之間通過一層膠膜將二者共同固化成型。在驗證初期采用以往配套膠膜進行試驗件制造,結果出現大量面板脫粘的問題,嚴重影響試驗進度。項目團隊從原材料質量、試驗件制造、加工、試驗等過程細致排查完后仍未解決面板脫粘問題。反復數日后,團隊在排查配套材料兼容性時找到了本質原因,新研預浸料與傳統膠膜固化工藝窗口不匹配。針對該問題,項目團隊聯系了膠膜研制單位定向優化了膠膜,使得固化工藝窗口匹配,順利解決了該問題。這個排故小插曲,啟示我們復合材料在應用過程中要以系統思維來考慮問題,不僅要重視復合材料本身的性能,還應高度關注工藝適配性,要考慮配套材料、輔助材料等的影響。
二、何部長,作為全國碳纖維和玻璃纖維標準化技術委員會的委員,您如何理解標準制定工作對于推動我國先進復合材料產業發展,特別是航空裝備自主保障的戰略意義?目前我們在航空復合材料標準體系上,最需要補齊的短板是什么?
答:標準是先進復合材料從“實驗室成果”走向“航空裝機應用”的重要橋梁,也是實現航空裝備用復合材料自主保障的戰略基石。可以從三個維度來理解:
1. 標準是航空復材“從能用→敢用→好用”的基礎:標準定義了復合材料性能要求、試驗方法、工藝要求、質量控制、檢驗驗收等全鏈條技術底線,標準支撐材料-設計-制造-試驗-檢測-維修-保障全生命周期,沒有自主標準,國產碳纖維、樹脂、預浸料、制件就無法形成完成證據鏈,無法通過結構鑒定和適航驗證,標準把“經驗”變成“法規”,把“可信”變成“可證”,是航空裝備安全與可靠的制度保障。
2. 標準是打破技術限制、實現自主保障的抓手:國外對航空復材的限制,不只在材料本身,更在標準體系。FAA、EASA、ASTM構建了嚴密的標準壁壘,建立自主標準體系等于掌握技術話語權、定價權和適航主導權,從根本上保障航空裝備供應鏈安全。
3. 標準是打通“產學研用”、推動產業規模化的引擎:先進復合材料產業的一大痛點是實驗室強、工程化弱、產業化難,而標準是解決這一痛點的關鍵。標準統一材料牌號、性能指標、檢驗規則,使上下游可對接、可替代、可量產;標準降低驗證成本,避免重復試驗;標準推動工藝穩定、質量一致性控制,實現從“科研樣件”到“批產構件”的跨越。
隨著多年的技術提升和標準建設推進,航空復合材料標準體系上已經有了長足的進步,但是依然存在諸多短板,最大的短板就是標準體系碎片化、全產業鏈標準不銜接,國標/航標/軍標/企標交叉重復與空白并存,上下游、材料/設計/制造/試驗/檢測/維護/保障標準不成體系,標準間存在不協調。
三、何部長,您承擔了多項重點預研課題,致力于推進關鍵新材料在直升機上的應用。面向未來新一代飛行器,您認為哪些新型復合材料或智能化制造技術(如增材制造、數字化產線)最具應用潛力,將如何改變傳統直升機的設計與制造模式?
答:面向未來發展,在新型材料方面,高性能碳纖維復合材料(T1100級等高強高模碳纖維復合材料、PEEK/PEKK等高性能熱塑性復合材料)、結構-功能一體化復合材料(承載-屏蔽-導電-監測等多功能集成、自感知/自修復/自適應等智能復合材料)、仿生結構復合材料(仿蜂窩/骨骼/葉脈,實現超輕、高剛度、高阻尼、減震降噪等)等具有應用潛力。
在智能化制造技術方面,數字化+自動化(AI輔助設計、數字孿生全流程仿真、自動鋪放、在線質量監測)制造、連續纖維3D打印、柔性智能制造(柔性生產線+機器人制造與裝配)等具有應用潛力。
展望未來,伴隨著以上新型材料與智能化制造技術的發展與變革,將推動直升機復合材料結構的設計模式由“分塊組合”到“一體化、多功能集成化”設計,制造模式由“勞動密集”到“智能少人/無人化”制造,維護保障模式由“被動維護”到“智能健康管理”,產業模式由“定制化小批量”到“柔性規模化”。
四、何部長,您同時兼具中國復合材料學會理事和一線型號研制者的雙重身份。從您的角度看,學會這樣的學術平臺應如何更好地發揮作用,來彌合“前沿基礎研究”與“重大工程應用”之間的鴻溝,加速創新材料的成果轉化?
答:學會平臺是前沿基礎研究與重大工程應用之間的關鍵橋梁,建議學會可以從打通信息、整合資源、協同攻關、服務轉化等方面發揮學會的優勢,強化“前沿基礎研究”與“重大工程應用”之間的聯系,加速創新材料的成果轉化,相關建議舉措有:
1) 精準搭橋,打通供需信息壁壘
建立“需求-成果”雙向精準匹配機制。企業出題、學會收題、專家答題,常態化收集企業應用需求、技術痛點、工藝瓶頸等,形成行業技術需求清單;建立學會科技成果庫,收錄行業相關高校/院所基礎研究成果,標準技術成熟度、應用場景和轉化要求;通過學會網站、學會會議等方式定期發布需求清單和成果清單,促進供需雙方對接。
2) 組建產學研用創新聯合體
針對未來重點發展技術方向,學會牽頭成立行業創新聯合體,吸納高校、院所、企業、機構等,開展聯合攻關、共建實驗室、共享設備、共研標準、共推成果、共育人才;學會發布行業重大技術難題榜單,學會提供過程管理、資源協調、驗收評價服務。
3) 提供創新成果轉化支撐服務
學術會議增設工程應用專場、成果轉化專場、企業需求專場,讓學術研究對接產業實際;建立學會領域專家庫,組建行業科技服務團,根據企業需要,深入企業開展現場診斷、技術咨詢、工藝優化和問題解決;學會牽頭制定行業技術標準,將基礎研究成果、工程化技術經驗轉化為團體標準/行業標準,以標準引領創新成果轉化應用。
從“積木式驗證”的逐級考核,到“四關”環環相扣的工程哲學;從標準體系作為“自主保障的戰略基石”,到面向未來的T1100級碳纖維、連續纖維3D打印與柔性智能制造——何部長的回答里,始終貫穿一條清晰的線索:航空復合材料的終極考場,不在實驗室,而在天空、在戰場、在全生命周期的每一個未知時刻。
他提出的“體系化短板”“供需信息壁壘”“產學研用創新聯合體”等判斷,不僅是一個型號研制者的經驗之談,更是當前我國先進復合材料從“能做”邁向“敢用、好用”必須集體回答的問題。
而他對學會平臺的建議——精準搭橋、組建聯合體、轉化支撐服務——恰恰指向了那個長期困擾行業的“死亡之谷”。能否跨越它,取決于我們是否愿意把標準、驗證、工藝適配性這些“慢功夫”真正做實。