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上世纪50年代，波音707开创了民用喷气式运输机的新纪元。60年后，如今的波音777或空客A380如果仅仅从外观上看，似乎与当年的波音707差别不大，但实际上，无论从安全性、舒适性还是燃油经济性等方面看，如今的民用飞机有了质的飞跃。
概而言之，民机技术的发展主要表现在以下三个方面：一是航空发动机技术的进步。二是飞机主要系统的进步。例如飞控系统，早期飞机的飞控系统都是机械式的，现在则采用电传操纵方式。三是材料技术的进步。材料技术最主要的是解决飞机结构的轻质化、抗腐蚀和长寿命问题。
“在业界，有这样一种说法，一代材料一代飞机，或者反过来说，一代飞机一代材料。对于搞飞机的人来说，尤其是搞飞机总体的人来说，经常说一代飞机一代材料。搞材料的人则经常说一代材料一代飞机。这两种说法有不同的出发点，但不管怎么说，我们都不难看出材料在飞机发展过程中所起的特殊作用。”在接受采访时，C919大型客机副总设计师章骏首先为记者进行了一次科普。
C919是如何选材的
众所周知，C919大型客机运用了不少先进材料，尤其是先进复合材料的使用，开创了国内民机研制的先河。那么，在材料的选择上，究竟是如何进行取舍的？主要基于哪些考虑？与同类机型相比，有哪些特点？对此，章骏一一给出了自己的答案。
“从飞机结构材料的发展来说，以金属材料为代表的飞机，到波音777的时候，我个人认为是发展到了一个顶峰。波音777的主要材料包括铝合金、钛合金和钢，这些材料的匹配达到了一个比较完美的状态。即使到今天，我们在设计ARJ21和C919的时候，也选择了很多金属材料，一些国外的先进机型也是如此。近年来，复合材料开始兴起。空客A380使用了25%的复合材料，空客A350XWB和波音787则使用了50%左右的复合材料。复合材料在解决飞机结构轻质化和长寿命问题上有一定优势。曾经有一种说法，复合材料的应用比例在某种程度上决定了一架飞机结构选材的先进性。对于这样的说法，业界还存在一定的争议。实际上，一些新型的合金材料也具有很好的性能。”
C919应该选用哪些材料？相关专家为此进行了多次论证，提出了不同方案。“前期论证时，有一个方案是整机使用大约20%的复合材料，涵盖中央翼和机翼。随着型号研制工作的深入，在综合考虑各方面情况之后，最终确定使用11.5%的复合材料，主要集中在机翼上的活动面，如襟翼、副翼、后机身、平尾和垂尾等。这11.5%的复合材料当中，我们主要选择了三大类：T800级碳纤维复合材料、T300级碳纤维复合材料以及玻璃纤维复合材料。我们常说的先进复合材料特指T800级复合材料。在C919大型客机之前，中国航空制造业从未在批产型号中使用过这类材料。”
复合材料既然具有明显的优点，为什么要降低使用率呢？对此，章骏解释说：“复合材料确实是一个很不错的实现飞机结构减重的路径，但并不代表复合材料可以完全替代金属材料实现飞机结构轻量化的目标，用什么材料仅仅是手段，最关键的是要实现飞机结构轻量化这一核心目标。通过对金属材料的纯化和改进，或者发展新型合金也能实现同样的减重目标，比如说空客A380使用的Glare材料就是一种很不错的金属层板-玻璃纤维复合材料。”
“另外，复合材料尽管有比较好的减重潜力，但相比金属材料，其制造工艺更为复杂，更加难以控制，装备体系和适航审定方法都要重新建立，成本巨大，周期漫长，需要较长时间的积累和投入。从我国的实际情況出发，复合材料应用应该一步一步来做。”
“2009年前后，锂铝合金进入我们的视野。简单来说，锂铝合金的优势在于添加了锂元素之后，在材料总体性能提高的同时，密度降低了，因此能有效实现结构减重这一目标。目前，C919使用的锂铝合金主要包括两大类三个牌号，一类是薄板，主要用来制造飞机蒙皮，还有一类叫做型材，主要用来制造长桁和地板支撑结构件。薄板的密度减重大概在2%，型材在5%，然后再通过锂铝合金的其他性能优势，最后可获得7%左右的综合减重收益。”
目前，与同类机型相比，C919大型客机在先进材料的使用方面毫不逊色，机体结构效率也不相上下，基本达到国际先进水平。中国商飞在飞机材料的选择上，坚持两条腿走路，在充分运用复合材料的基础上又加入锂铝合金这一新材料，这一做法得到专家评审组的高度肯定。专家组认为，新材料的使用既实现了减重收益，又确保风险可控，走出了国内民机材料应用的一条新路子。
从规范和标准做起
如果把飞机设计研发的全过程比作一个金字塔，那么材料设计在整个环节中，尤其是结构强度设计环节中就处于第一层或者第二层的基础位置。材料设计要通过大量的基础性研发试验，为整个结构设计和强度校核给出许用值。
“在C919研发过程中，我们遇到了很大的挑战。以前，我们在材料方面缺乏一套规范的体系，通过C919这个型号，我们探索建立了自己的材料规范体系。该体系得到国内外主流材料供应商的支持、配合和认同。比如说，通过这几年的探索，我们建立起中国商飞自己的钛合金锻件材料规范和许用值，这对中国民机产业来说是一个开创性的举动。”章骏如是说。
说起来简单，实际上，这样一套完整规范的建立，是需要大量的试验验证来支撑的。在章骏看来，材料试验非常琐碎，但要求却十分严格。举个例子，光第一期的复合材料许用值工作就涉及21000多项试验件的制造和试验。每个试验件尺寸的测试值超过20处，可以想象制造的精细程度有多高，试验件检测的工作量有多大。而这仅仅是许用值工作的起步阶段，后续还有更大的工作量。
除了规范体系的建立，供应商产品制造过程控制是另外一项庞大而复杂的工作。目前，材料与标准件专业共有国内外供应商100多家。“在材料供应商管控上，我们采用的模式是多元化，充分竞争，尽可能杜绝唯一供应商，引入充分竞争，一个材料规范下面一定有不只一个合格供应商。我们通过深入产品生产过程控制来保证材料的质量、合理的经济性以及科学的供货周期，事实证明这样的策略还是卓有成效的。”章骏介绍说。 “材料和标准件这个行业，虽然是一个基础行业，但对于整个飞机供应链的合理建立是有帮助的，甚至对控制飞机成本也相当重要。引入充分竞争，材料成本可以有效降低。另外一个成本控制手段就是和供应商签订长期协议。目前，在复合材料、钛合金和常规铝合金这三大类材料方面，我们都和主流供应商签订了长期协议。可以这么说，我们实现了C919飞机的材料成本基本可以预测，这是民机制造和管理方面的一个巨大进步。知道了材料成本，我们才能更加有效地进行调控与管理成本。”
甘心做好引路人
回首往昔，章骏感慨良多：“研制C919这些年，在民机材料和标准件领域，我想我的收获比以前任何时候都要多。在民机研制中，由于面临严格的适航审定要求，我们必须从正向设计的角度去考虑每一个技术决定，为什么是这个指标，为什么要求这个指标，怎么获得输入，怎么评价获得的输入是安全可靠的。经过C919项目的探索和实践，在材料和标准件专业领域，我们基本通过了考试。”
展望未来，章骏最大的心愿是当好年轻设计师的引路人。作为材料团队技术负责人，他始终秉持三项工作准则：要努力保持清晰的工作思路，带着大家少走弯路，不走重复路；要深入工作第一线，和大家一起发现问题，确定解决问题的方法，并总结成工作套路推广覆盖到类似问题上去；要总结型号经验教训，通过跟踪了解国际新材料领域的发展动态，形成较强的技术洞察力，为下一步工作明确实施路径。虽然现在团队里年轻人居多，但在他看来，只要路子走对了，这些有着良好素质和创业激情的年轻人，必将成为中国民机材料领域的中流砥柱。
如今，随着C919大型客机项目的深入发展，章骏的另外一个愿望也越来越强烈，那就是不断提高民机材料的国产化水平——“经过ARJ21和C919兩个型号的锻炼，国产民机材料和标准件队伍掌握了材料标准件规范的建立方法和给出材料许用值的科学方法，了解了材料专业不仅仅是围绕着材料和标准件本身的性能做工作，更重要的是要保证飞机制造过程中使用的材料和标准件的一致性和稳定性，而这个最大的收获，不但保证了C919飞机材料体系的完整可靠，更重要的是形成了一种理念，就是材料标准件该怎么管。知道了怎么管，接下来的一件事情就顺理成章了，那就是我们怎么帮助发展国产材料和标准件”。
概而言之，民机技术的发展主要表现在以下三个方面：一是航空发动机技术的进步。二是飞机主要系统的进步。例如飞控系统，早期飞机的飞控系统都是机械式的，现在则采用电传操纵方式。三是材料技术的进步。材料技术最主要的是解决飞机结构的轻质化、抗腐蚀和长寿命问题。
“在业界，有这样一种说法，一代材料一代飞机，或者反过来说，一代飞机一代材料。对于搞飞机的人来说，尤其是搞飞机总体的人来说，经常说一代飞机一代材料。搞材料的人则经常说一代材料一代飞机。这两种说法有不同的出发点，但不管怎么说，我们都不难看出材料在飞机发展过程中所起的特殊作用。”在接受采访时，C919大型客机副总设计师章骏首先为记者进行了一次科普。
C919是如何选材的
众所周知，C919大型客机运用了不少先进材料，尤其是先进复合材料的使用，开创了国内民机研制的先河。那么，在材料的选择上，究竟是如何进行取舍的？主要基于哪些考虑？与同类机型相比，有哪些特点？对此，章骏一一给出了自己的答案。
“从飞机结构材料的发展来说，以金属材料为代表的飞机，到波音777的时候，我个人认为是发展到了一个顶峰。波音777的主要材料包括铝合金、钛合金和钢，这些材料的匹配达到了一个比较完美的状态。即使到今天，我们在设计ARJ21和C919的时候，也选择了很多金属材料，一些国外的先进机型也是如此。近年来，复合材料开始兴起。空客A380使用了25%的复合材料，空客A350XWB和波音787则使用了50%左右的复合材料。复合材料在解决飞机结构轻质化和长寿命问题上有一定优势。曾经有一种说法，复合材料的应用比例在某种程度上决定了一架飞机结构选材的先进性。对于这样的说法，业界还存在一定的争议。实际上，一些新型的合金材料也具有很好的性能。”
C919应该选用哪些材料？相关专家为此进行了多次论证，提出了不同方案。“前期论证时，有一个方案是整机使用大约20%的复合材料，涵盖中央翼和机翼。随着型号研制工作的深入，在综合考虑各方面情况之后，最终确定使用11.5%的复合材料，主要集中在机翼上的活动面，如襟翼、副翼、后机身、平尾和垂尾等。这11.5%的复合材料当中，我们主要选择了三大类：T800级碳纤维复合材料、T300级碳纤维复合材料以及玻璃纤维复合材料。我们常说的先进复合材料特指T800级复合材料。在C919大型客机之前，中国航空制造业从未在批产型号中使用过这类材料。”
复合材料既然具有明显的优点，为什么要降低使用率呢？对此，章骏解释说：“复合材料确实是一个很不错的实现飞机结构减重的路径，但并不代表复合材料可以完全替代金属材料实现飞机结构轻量化的目标，用什么材料仅仅是手段，最关键的是要实现飞机结构轻量化这一核心目标。通过对金属材料的纯化和改进，或者发展新型合金也能实现同样的减重目标，比如说空客A380使用的Glare材料就是一种很不错的金属层板-玻璃纤维复合材料。”
“另外，复合材料尽管有比较好的减重潜力，但相比金属材料，其制造工艺更为复杂，更加难以控制，装备体系和适航审定方法都要重新建立，成本巨大，周期漫长，需要较长时间的积累和投入。从我国的实际情況出发，复合材料应用应该一步一步来做。”
“2009年前后，锂铝合金进入我们的视野。简单来说，锂铝合金的优势在于添加了锂元素之后，在材料总体性能提高的同时，密度降低了，因此能有效实现结构减重这一目标。目前，C919使用的锂铝合金主要包括两大类三个牌号，一类是薄板，主要用来制造飞机蒙皮，还有一类叫做型材，主要用来制造长桁和地板支撑结构件。薄板的密度减重大概在2%，型材在5%，然后再通过锂铝合金的其他性能优势，最后可获得7%左右的综合减重收益。”
目前，与同类机型相比，C919大型客机在先进材料的使用方面毫不逊色，机体结构效率也不相上下，基本达到国际先进水平。中国商飞在飞机材料的选择上，坚持两条腿走路，在充分运用复合材料的基础上又加入锂铝合金这一新材料，这一做法得到专家评审组的高度肯定。专家组认为，新材料的使用既实现了减重收益，又确保风险可控，走出了国内民机材料应用的一条新路子。
从规范和标准做起
如果把飞机设计研发的全过程比作一个金字塔，那么材料设计在整个环节中，尤其是结构强度设计环节中就处于第一层或者第二层的基础位置。材料设计要通过大量的基础性研发试验，为整个结构设计和强度校核给出许用值。
“在C919研发过程中，我们遇到了很大的挑战。以前，我们在材料方面缺乏一套规范的体系，通过C919这个型号，我们探索建立了自己的材料规范体系。该体系得到国内外主流材料供应商的支持、配合和认同。比如说，通过这几年的探索，我们建立起中国商飞自己的钛合金锻件材料规范和许用值，这对中国民机产业来说是一个开创性的举动。”章骏如是说。
说起来简单，实际上，这样一套完整规范的建立，是需要大量的试验验证来支撑的。在章骏看来，材料试验非常琐碎，但要求却十分严格。举个例子，光第一期的复合材料许用值工作就涉及21000多项试验件的制造和试验。每个试验件尺寸的测试值超过20处，可以想象制造的精细程度有多高，试验件检测的工作量有多大。而这仅仅是许用值工作的起步阶段，后续还有更大的工作量。
除了规范体系的建立，供应商产品制造过程控制是另外一项庞大而复杂的工作。目前，材料与标准件专业共有国内外供应商100多家。“在材料供应商管控上，我们采用的模式是多元化，充分竞争，尽可能杜绝唯一供应商，引入充分竞争，一个材料规范下面一定有不只一个合格供应商。我们通过深入产品生产过程控制来保证材料的质量、合理的经济性以及科学的供货周期，事实证明这样的策略还是卓有成效的。”章骏介绍说。 “材料和标准件这个行业，虽然是一个基础行业，但对于整个飞机供应链的合理建立是有帮助的，甚至对控制飞机成本也相当重要。引入充分竞争，材料成本可以有效降低。另外一个成本控制手段就是和供应商签订长期协议。目前，在复合材料、钛合金和常规铝合金这三大类材料方面，我们都和主流供应商签订了长期协议。可以这么说，我们实现了C919飞机的材料成本基本可以预测，这是民机制造和管理方面的一个巨大进步。知道了材料成本，我们才能更加有效地进行调控与管理成本。”
甘心做好引路人
回首往昔，章骏感慨良多：“研制C919这些年，在民机材料和标准件领域，我想我的收获比以前任何时候都要多。在民机研制中，由于面临严格的适航审定要求，我们必须从正向设计的角度去考虑每一个技术决定，为什么是这个指标，为什么要求这个指标，怎么获得输入，怎么评价获得的输入是安全可靠的。经过C919项目的探索和实践，在材料和标准件专业领域，我们基本通过了考试。”
展望未来，章骏最大的心愿是当好年轻设计师的引路人。作为材料团队技术负责人，他始终秉持三项工作准则：要努力保持清晰的工作思路，带着大家少走弯路，不走重复路；要深入工作第一线，和大家一起发现问题，确定解决问题的方法，并总结成工作套路推广覆盖到类似问题上去；要总结型号经验教训，通过跟踪了解国际新材料领域的发展动态，形成较强的技术洞察力，为下一步工作明确实施路径。虽然现在团队里年轻人居多，但在他看来，只要路子走对了，这些有着良好素质和创业激情的年轻人，必将成为中国民机材料领域的中流砥柱。
如今，随着C919大型客机项目的深入发展，章骏的另外一个愿望也越来越强烈，那就是不断提高民机材料的国产化水平——“经过ARJ21和C919兩个型号的锻炼，国产民机材料和标准件队伍掌握了材料标准件规范的建立方法和给出材料许用值的科学方法，了解了材料专业不仅仅是围绕着材料和标准件本身的性能做工作，更重要的是要保证飞机制造过程中使用的材料和标准件的一致性和稳定性，而这个最大的收获，不但保证了C919飞机材料体系的完整可靠，更重要的是形成了一种理念，就是材料标准件该怎么管。知道了怎么管，接下来的一件事情就顺理成章了，那就是我们怎么帮助发展国产材料和标准件”。