今天一起走進目前國內(nèi)最先進的飛行起降動力學(xué)研究設(shè)施——航空輪胎大科學(xué)中心，以及我國仿生合成橡膠的科研基地——中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所，帶您揭秘仿生合成橡膠制造航空輪胎。

我國仿生合成橡膠技術(shù)實現(xiàn)重要突破

一架民航飛機沖向藍天，離不開“腳”上一雙能夠在高速度、高載荷、高沖擊條件下正常工作的“鞋子”，也就是航空輪胎。它既要耐得住零下40攝氏度到零上70攝氏度左右的極端溫度，又要在飛機降落的一瞬間，扛得住幾十噸以上的沖擊力，直接關(guān)系到飛機的安全性。航空輪胎制造工藝極為復(fù)雜，被稱為輪胎制造領(lǐng)域皇冠上的明珠。但是長期以來，其核心制造技術(shù)只被國外幾家公司掌控。

突破關(guān)鍵核心技術(shù)，我國科學(xué)家開辟了一條新賽道，提出了仿生合成橡膠的技術(shù)路線。經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，科研團隊通過對天然橡膠的分子結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵的化學(xué)組分進行模仿，在今年實現(xiàn)了仿生橡膠合成技術(shù)的重要突破，完成了航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗證。

依托大科學(xué)中心為航空輪胎性能把關(guān)

航空輪胎大科學(xué)中心主要由飛行起降動力學(xué)、硬核科技和航空輪胎制造實驗基地組成，其核心是一系列飛行起降動力學(xué)大裝置，主要包括航空輪胎高加速試驗臺、輪胎道面環(huán)境試驗臺、飛機起落架擺振試驗臺等大裝置。

總臺央視記者 褚爾嘉：我旁邊的這臺裝置就是航空輪胎高加速試驗臺，它是這座大科學(xué)中心里輪胎性能測試的利器。現(xiàn)在試驗臺上就有一個航空輪胎等待測試。這臺裝置能夠模擬和測試航空輪胎在最大每小時600公里的速度時，與地面摩擦，同時發(fā)生輪胎的偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾等情況下，航空輪胎的可靠性及使用壽命。

記者看到，在航空輪胎高加速試驗臺上，民用航空輪胎正在進行輪胎高速轉(zhuǎn)動和瞬間承壓的試驗。短短十幾秒鐘內(nèi)，速度已經(jīng)提升到每小時200公里左右。在監(jiān)控室里，科研人員正在緊張地注視著屏幕上的一組組數(shù)據(jù)。當輪胎轉(zhuǎn)動速度再次提升時，科研人員開始給輪胎加大垂直方向的壓力，模擬飛機降落時航空輪胎的承壓。這一試驗過程與民航飛機降落時的工況十分接近。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：這個高加速試驗臺是最先調(diào)試和試運行的設(shè)備，用了這臺設(shè)備以后，我們就能夠知道航空輪胎在全天候使用情況下，輪胎的性能，包括它的可靠性、壽命等。我們已經(jīng)測試了6個規(guī)格的輪胎，2300多次起飛和降落時候它運行的工況。

科研人員告訴記者，經(jīng)過反復(fù)測試，目前由我國科學(xué)家研制并送到這里的仿生合成橡膠航空輪胎，在極端工作條件下，可以實現(xiàn)比天然橡膠制造的航空輪胎使用壽命提升35％以上。

廣東粵港澳大灣區(qū)黃埔材料研究院研究員 崔榮耀：通過這些試驗，我們可以對我們現(xiàn)在新研制的仿生合成橡膠輪胎和天然橡膠輪胎的這些綜合的特性進行研究、對比，根據(jù)試驗結(jié)果，經(jīng)過改變配方進行迭代。這樣的話，就可以把仿生合成橡膠輪胎的性能提高。

據(jù)介紹，航空輪胎所要求的各項性能指標要遠遠超出我們常見的汽車輪胎，既要耐得住零下40攝氏度到零上70攝氏度左右的極端溫度。又要在飛機降落的一瞬間，扛得住幾十噸以上的沖擊力。因此航空輪胎性能測試非常關(guān)鍵，科研人員只有對輪胎進行幾百到上千次極限測試后，才能了解輪胎的最大使用壽命。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：這么快的速度下，我們看出航空輪胎每一圈，它的力、熱、破壞的位置，如何演化的等等這些，我們要研究它。它的性能本身怎么演變的，它如果破壞，以何種形式破壞。即使有百萬分之一的不可靠性，我們一定要把它的極限給探測出來。

據(jù)介紹，航空輪胎是典型的消耗品，一般情況下，使用二百余次就需要更換。長期以來，我國民航飛機主要采用租用國外航空輪胎的方式，航空輪胎核心技術(shù)的自主可控勢在必行。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：如果沒有輪胎的話，飛機就飛不了。作為一個人口大國、航空器使用的大國，沒有航空輪胎的話，其實我們可能會存在很多的風(fēng)險。

我國仿生合成橡膠制造航空輪胎實現(xiàn)突破

在吉林長春，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的試驗基地里，記者看到一批仿生合成橡膠剛剛下線，經(jīng)過壓塊包裝后，即將被送往制造工廠，用于新一批航空輪胎樣品的制造。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 白晨曦：這是一塊天然煙片橡膠，它是生產(chǎn)航空輪胎的關(guān)鍵原材料，它主要產(chǎn)在東南亞國家。另一塊就是我們自主研發(fā)的仿生合成橡膠，從配方中我們?nèi)コ艘恍┨烊幌鹉z的雜質(zhì)，所以從外觀顏色來看，我們仿生合成橡膠顏色更淺一些。

天然橡膠被譽為“黑色黃金”，是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，在航空航天、交通運輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有不可替代的作用。2022年我國天然橡膠產(chǎn)量約74萬噸，消費量卻超過660萬噸，近90%依賴進口。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 白晨曦：原材料它是制約我國高端航空輪胎發(fā)展的第一步，因此要實現(xiàn)穩(wěn)定供給和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)這個目標，則非仿生合成橡膠這個辦法莫屬。

科研人員告訴記者，要達到航空輪胎的使用標準，需要讓仿生合成橡膠具有特級天然橡膠類似的性能。他們通過模仿天然煙片橡膠的精細結(jié)構(gòu)，在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質(zhì)和磷脂，攻克了連續(xù)聚合工藝和工程技術(shù)，制備出了批量化仿生合成橡膠，其關(guān)鍵性能指標目前已經(jīng)達到了進口特級天然橡膠的水平。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：仿生合成橡膠的成功研發(fā)，標志著我們已經(jīng)將天然橡膠從農(nóng)產(chǎn)品變成了工業(yè)品，克服了天然橡膠品質(zhì)對地理位置的苛刻要求，也就不再依賴進口了。我們可以根據(jù)市場的需求，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)量，變存戰(zhàn)略物資為存技術(shù)和生產(chǎn)裝置。

破解了原材料供應(yīng)難題，只是實現(xiàn)了新型民用航空輪胎國產(chǎn)化的其中一步。如何研制出具有強大性能和市場競爭力的航空輪胎產(chǎn)品，從而打通科技成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”是擺在科研人員面前的又一道難題。在這間彈性體功能復(fù)合材料實驗室里，科研人員正在對輪胎橡膠材料配方進行各種性能驗證試驗，為輪胎設(shè)計提供翔實可信的數(shù)據(jù)。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員 葉峰：我們看到的輪胎是一個整體，但是我們再來看一下它切開之后的斷面，它會分為胎面、胎側(cè)、簾布層、鋼絲圈等十幾種部位。它們幾個部位堅實度、耐磨性、承載度等各個方面都是不同的。因此我們在設(shè)計中，就需要對航空輪胎的這幾個不同的部位膠進行開發(fā)和設(shè)計，需要準確地預(yù)測它的使用壽命。

為此，科研人員自主研發(fā)出一套全新的數(shù)字輪胎工業(yè)軟件，同步實現(xiàn)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能預(yù)測。在軟件中，輪胎的各項數(shù)據(jù)、受力情況等要素一目了然，不僅可實現(xiàn)亞毫米級空間解析度上的設(shè)計，還大大縮短了原有的流程和開發(fā)時間。

為了實現(xiàn)航空輪胎核心技術(shù)自主可控這一目標，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所依托“仿生合成橡膠”專項，已經(jīng)完成航空輪胎國產(chǎn)化技術(shù)全鏈條貫通和應(yīng)用驗證。實現(xiàn)了仿生合成橡膠和數(shù)字輪胎工業(yè)軟件兩項從“0”到“1”的原創(chuàng)性技術(shù)突破，掌握了41項核心技術(shù)，從而使我國在航空輪胎工業(yè)上走出一條完全區(qū)別于西方國家的創(chuàng)新之路。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長 楊小牛：我們自己會布局一個示范性的工廠，進行一些驗證，以便更好地促進我們的研發(fā)。另外一個就是，我們想把我們的技術(shù)給目前已有的輪胎廠，來升級它們的技術(shù)，使它們升級成能夠制造這種民航輪胎的一個能力。

（總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉 王帥 吉林總站）