遇见复材难题,苦于无人解惑?
【材访录】重磅上线!我们特邀学术界与产业界顶尖专家,直面工艺瓶颈、研发挑战与行业趋势,以精辟问答深度剖析。
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复合材料从实验室里的“性能达标”,到真正随直升机飞上天、闯战场、经年累月接受严苛考验——这中间的距离,远比大多数人想象的要漫长而凶险。
【材访录】第四期,我们邀请到中国直升机设计研究所标准材料部副部长——何志平。他既是中国复合材料学会理事,更是多型直升机材料应用的直接负责人。
在本期对话中,他首次系统拆解了航空复合材料工程应用必须闯过的“四关”:性能稳定性、工艺适配性、环境耐久性、结构验证符合性。他用一个“胶膜与预浸料工艺窗口不匹配”的真实排故案例,生动诠释了什么叫“系统思维”。他还直面标准体系“碎片化”的短板,并给出了学会平台弥合“前沿”与“工程”鸿沟的三条务实路径。
以下为访谈实录,一场关于“如何让好材料真正飞起来”的硬核对话,正式开始。

何志平部长
何志平,中国直升机设计研究所标准材料部副部长,中国复合材料学会理事、航空复合材料专委会委员,全国碳纤维标准化技术委员会委员,全国玻璃纤维标准化技术委员会委员,负责了多型军、民、无人直升机型号的材料应用与管理工作,承担了多项重点预先研究课题,推进了多项关键新材料在直升机上的应用,在复合材料应用与验证方面具有丰富的经验,荣获集团航空报国二等功1次,集团科技进步特等奖1项,发表论文十余篇。

一、何部长,您负责了多型直升机的材料应用工作。在您看来,复合材料从实验室性能达标到最终能“飞上天”,在工程应用验证环节中,最关键、最苛刻的考核标准是什么?能否分享一个让您印象最深刻的“排故”或“验证”案例?
答:复合材料由于其特殊的材料特性和复杂的失效模式,要在高度重视安全性、可靠性、耐久性的航空装备上实现“飞上天”,实验室性能达标仅仅是满足启动工程应用验证的基础条件,后续还需要历经“积木式验证(Building Block Approach)”这一关键、严格标准考核,从材料级、元件级、典型件级、组合件级到部件级逐级放大、逐级考核、逐级确认,每一级均合格,才能实现应用;在工程应用验证环节需要闯过关键“四关”,包括“性能的稳定性”、“工艺的适配性”、“环境与耐久性”、“结构验证符合性”。
在新材料验证过程中曾经出现这样一个排故小插曲。直升机轻量化设计中采用了大量的蜂窝夹层结构,制造中在芳纶纸蜂窝和碳纤维面板之间通过一层胶膜将二者共同固化成型。在验证初期采用以往配套胶膜进行试验件制造,结果出现大量面板脱粘的问题,严重影响试验进度。项目团队从原材料质量、试验件制造、加工、试验等过程细致排查完后仍未解决面板脱粘问题。反复数日后,团队在排查配套材料兼容性时找到了本质原因,新研预浸料与传统胶膜固化工艺窗口不匹配。针对该问题,项目团队联系了胶膜研制单位定向优化了胶膜,使得固化工艺窗口匹配,顺利解决了该问题。这个排故小插曲,启示我们复合材料在应用过程中要以系统思维来考虑问题,不仅要重视复合材料本身的性能,还应高度关注工艺适配性,要考虑配套材料、辅助材料等的影响。
二、何部长,作为全国碳纤维和玻璃纤维标准化技术委员会的委员,您如何理解标准制定工作对于推动我国先进复合材料产业发展,特别是航空装备自主保障的战略意义?目前我们在航空复合材料标准体系上,最需要补齐的短板是什么?
答:标准是先进复合材料从“实验室成果”走向“航空装机应用”的重要桥梁,也是实现航空装备用复合材料自主保障的战略基石。可以从三个维度来理解:
1. 标准是航空复材“从能用→敢用→好用”的基础:标准定义了复合材料性能要求、试验方法、工艺要求、质量控制、检验验收等全链条技术底线,标准支撑材料-设计-制造-试验-检测-维修-保障全生命周期,没有自主标准,国产碳纤维、树脂、预浸料、制件就无法形成完成证据链,无法通过结构鉴定和适航验证,标准把“经验”变成“法规”,把“可信”变成“可证”,是航空装备安全与可靠的制度保障。
2. 标准是打破技术限制、实现自主保障的抓手:国外对航空复材的限制,不只在材料本身,更在标准体系。FAA、EASA、ASTM构建了严密的标准壁垒,建立自主标准体系等于掌握技术话语权、定价权和适航主导权,从根本上保障航空装备供应链安全。
3. 标准是打通“产学研用”、推动产业规模化的引擎:先进复合材料产业的一大痛点是实验室强、工程化弱、产业化难,而标准是解决这一痛点的关键。标准统一材料牌号、性能指标、检验规则,使上下游可对接、可替代、可量产;标准降低验证成本,避免重复试验;标准推动工艺稳定、质量一致性控制,实现从“科研样件”到“批产构件”的跨越。
随着多年的技术提升和标准建设推进,航空复合材料标准体系上已经有了长足的进步,但是依然存在诸多短板,最大的短板就是标准体系碎片化、全产业链标准不衔接,国标/航标/军标/企标交叉重复与空白并存,上下游、材料/设计/制造/试验/检测/维护/保障标准不成体系,标准间存在不协调。
三、何部长,您承担了多项重点预研课题,致力于推进关键新材料在直升机上的应用。面向未来新一代飞行器,您认为哪些新型复合材料或智能化制造技术(如增材制造、数字化产线)最具应用潜力,将如何改变传统直升机的设计与制造模式?
答:面向未来发展,在新型材料方面,高性能碳纤维复合材料(T1100级等高强高模碳纤维复合材料、PEEK/PEKK等高性能热塑性复合材料)、结构-功能一体化复合材料(承载-屏蔽-导电-监测等多功能集成、自感知/自修复/自适应等智能复合材料)、仿生结构复合材料(仿蜂窝/骨骼/叶脉,实现超轻、高刚度、高阻尼、减震降噪等)等具有应用潜力。
在智能化制造技术方面,数字化+自动化(AI辅助设计、数字孪生全流程仿真、自动铺放、在线质量监测)制造、连续纤维3D打印、柔性智能制造(柔性生产线+机器人制造与装配)等具有应用潜力。
展望未来,伴随着以上新型材料与智能化制造技术的发展与变革,将推动直升机复合材料结构的设计模式由“分块组合”到“一体化、多功能集成化”设计,制造模式由“劳动密集”到“智能少人/无人化”制造,维护保障模式由“被动维护”到“智能健康管理”,产业模式由“定制化小批量”到“柔性规模化”。
四、何部长,您同时兼具中国复合材料学会理事和一线型号研制者的双重身份。从您的角度看,学会这样的学术平台应如何更好地发挥作用,来弥合“前沿基础研究”与“重大工程应用”之间的鸿沟,加速创新材料的成果转化?
答:学会平台是前沿基础研究与重大工程应用之间的关键桥梁,建议学会可以从打通信息、整合资源、协同攻关、服务转化等方面发挥学会的优势,强化“前沿基础研究”与“重大工程应用”之间的联系,加速创新材料的成果转化,相关建议举措有:
1) 精准搭桥,打通供需信息壁垒
建立“需求-成果”双向精准匹配机制。企业出题、学会收题、专家答题,常态化收集企业应用需求、技术痛点、工艺瓶颈等,形成行业技术需求清单;建立学会科技成果库,收录行业相关高校/院所基础研究成果,标准技术成熟度、应用场景和转化要求;通过学会网站、学会会议等方式定期发布需求清单和成果清单,促进供需双方对接。
2) 组建产学研用创新联合体
针对未来重点发展技术方向,学会牵头成立行业创新联合体,吸纳高校、院所、企业、机构等,开展联合攻关、共建实验室、共享设备、共研标准、共推成果、共育人才;学会发布行业重大技术难题榜单,学会提供过程管理、资源协调、验收评价服务。
3) 提供创新成果转化支撑服务
学术会议增设工程应用专场、成果转化专场、企业需求专场,让学术研究对接产业实际;建立学会领域专家库,组建行业科技服务团,根据企业需要,深入企业开展现场诊断、技术咨询、工艺优化和问题解决;学会牵头制定行业技术标准,将基础研究成果、工程化技术经验转化为团体标准/行业标准,以标准引领创新成果转化应用。
从“积木式验证”的逐级考核,到“四关”环环相扣的工程哲学;从标准体系作为“自主保障的战略基石”,到面向未来的T1100级碳纤维、连续纤维3D打印与柔性智能制造——何部长的回答里,始终贯穿一条清晰的线索:航空复合材料的终极考场,不在实验室,而在天空、在战场、在全生命周期的每一个未知时刻。
他提出的“体系化短板”“供需信息壁垒”“产学研用创新联合体”等判断,不仅是一个型号研制者的经验之谈,更是当前我国先进复合材料从“能做”迈向“敢用、好用”必须集体回答的问题。
而他对学会平台的建议——精准搭桥、组建联合体、转化支撑服务——恰恰指向了那个长期困扰行业的“死亡之谷”。能否跨越它,取决于我们是否愿意把标准、验证、工艺适配性这些“慢功夫”真正做实。