航空鋁材是指制造航空器用的各種鋁合金，包括變形鋁合金與鑄造鋁合金，以及先進的鋁合金。變形鋁合金用于加工板、帶、管、棒、型、線材、鍛件與粉材等半成品，鑄造鋁合金用于生產(chǎn)壓鑄件，它們都用于深加工航空器的種種零部件。航空器指的是從離地面100km的大氣層內(nèi)飛行的各種器械，如飛機、直升機等。

　　本文所說的“五部引擎”系指ARJ21支線客機、C919干線客機、Y-20大型噴氣式運輸機，往往又把它們稱為大飛機；另二部引擎是所有軍機和通用航空器。從2015年至2035年的20年是中國航空工業(yè)大發(fā)展時期，也就是這五大板塊邁入高速持續(xù)穩(wěn)定增長期，拉動鋁材進入黃金需求期，在此階段的年復合增長率可達10%，比國民經(jīng)濟任一大產(chǎn)業(yè)的增長率可能都大（見表）。

　　航空器制造對鋁材需求有兩個明顯的特點：一是品種規(guī)模多，不像汽車覆蓋件ABS、罐料帶材、PS及CTP帶材那樣的可以大批量生產(chǎn)，品質(zhì)要求高，95%以上的材料是用熱處理可強化鋁合金加工的，生產(chǎn)工序多，成品率較低，價格較高；二是材料利用率低，有些零件的利用率只有百分之幾，如用厚板銑削飛機進艙門的利用率就很低，過去是用近50個零件組裝的，現(xiàn)在用一整塊厚板銑削而成，雖然材料利用率很低，但門的強度提高了，制造成本下降了，為此筆者提出了材料采購質(zhì)量這一概念。由于無法獲得航空器的每個零部件的材料用量，因此只能根據(jù)它們的整體凈質(zhì)量匡算材料的采購質(zhì)量，例如某種飛機的凈質(zhì)量為60t，鋁合金零部件占75%，則鋁合金零部件質(zhì)量為45t，若材料利用率按50%計算，則需采購鋁材90t（含鑄造鋁合金）。

新舟60型支線客機

ARJ21支線客機

　　2007年12月21日。中國首架具有完全自主知識產(chǎn)權的大型新支線客機ARJ-700在上海飛機制造廠總裝下線，2008年11月28日首次試飛成功。2015年制造ARJ2016年起可進行批量生產(chǎn)，到2035年年底總產(chǎn)量估計可達800架，全部在上海飛機制造廠的3000余m2的廠房內(nèi)組裝，建設總目標是50架/年，一期建設目標30架/年。所用鋁材在2020年以后的國產(chǎn)化率可望達到100%，目前制造認證機用的鋁材全部是進口的。

　　ARJ21命名“翔鳳”，其基本型為單通機艙，每排5座，一側(cè)為3排座，另一側(cè)2排座，其舒適程度比一般支線飛機的高很多，因為座位比B737飛機的寬12.7mm，是當今支線飛機中客艙最寬敞的之一。2008年11月28日首飛成功，它的英文名稱“Advanced Regional Jet for the 21st Century”（先進的21世紀噴氣支線客機），承載著中國民用客機制造業(yè)的希望，從英文的字面意思可以看出，它寄托著國內(nèi)民用客機制造者的歷史使命，是中國夢這棵參天大樹上的一葉。支線客機是指100座以下的小型客機。嚴格地說，只有C919才算得上大飛機，同時它還是大飛機家族中的小兄弟。

　　2015年3月ARJ-700飛機完成首次航線演示飛行，2015年11月29日正式交付成都航空公司。根據(jù)上海飛機制造廠計劃，至2016年年底，將有5架完成交付，其中2架90座級，3架78座級，預計今后五六年將完成30架交付。至2035年可交付550架，每架用鋁約42t。

　　ARJ21飛機的選材以鋁合金為主，鋁制零部件的質(zhì)量占飛機凈質(zhì)量的75%，結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的10%，復合材料的占8%，鈦合金的占2%，其他材料的占5%。ARJ21飛機用的鋁合金大體上與波音B777飛機的相同，選用綜合性能優(yōu)秀的第四代高強耐損傷鋁合金制造主體結(jié)構(gòu)件；機翼下壁板選用高損傷容限型的2527-T3鋁合金板與2324-T39合金板；上翼上壁板用的是7150-T7751、7055-T7751合金預拉伸厚板，它們有高的強度和抗蝕性；機翼梁、機身桁條、機身框架、隔框、機翼上桁條、翼肋和翼梁等是用7150合金擠壓材等制造的；7075、7050、2024等合金材料也有所應用，但用量不多。96%以上的鋁合金零部件都是用熱處理可強化的2xxx系及7xxx系合金制造的，僅有個別零件是用5052合金制造的。鋁-鋰合金在ARJ21-700飛機制造中沒有獲得應用。

新舟60型支線客機

　　此機是西安飛機制造公司自主研發(fā)的定型客機，是在運-7短/中運輸機的基礎上研制生產(chǎn)的50~60座級雙渦輪螺旋漿發(fā)動機支線飛機，大量采用集成了國產(chǎn)技術部件。

　　按照計劃，中國將形成由新舟-60、新舟-600、新舟-700構(gòu)成的高、中、低端合理搭配的系列化渦漿支線客機產(chǎn)品。根據(jù)西飛國際的規(guī)劃，到2018年新舟系列飛機將占全球渦漿支線客機市場份額的40%，西安飛機制造公司將成為世界最大渦漿支線客機制造商。

　　新舟-60飛機獲得中國民航局的適航認證，2006年5月10日取得了印度尼西亞頒發(fā)的適航證，是當時中國運輸機類飛機首獲國外型號合格證，但直到今天尚未獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）及其國國家的適航認證。新舟-60的第一個國際用戶是津巴布韋，采購了3架，2006年6月7日西安飛機制造公司與印度尼西亞鴿航有限簽訂了出口15架新舟-60的合同，也是那時中國民機外銷史上一次性購銷量最大的一個合同。

　　在2015~2035年期間中國可能制造400架新舟系列支線客機，其結(jié)構(gòu)件幾乎全是鋁合金的，鋁化率可按80%匡算，每架飛機的鋁材投入量若按25t計算則需要鋁約10000t，平均500t/a。

C919干線大客機

　　中國C919大飛機的命名更是寓意深刻，“C”是China（中國）的首個字母，也是中國商用飛機有限責任公司英文縮寫COMAC的頭一個字母，同時還寓意該公司欲與歐洲Airbus（空中客車公司）、美國波音飛機公司（Boeing）在國際大型客機市場上試比高，形成ABC三足鼎立之勢。第一個“9”寓意天長地久，“19”代表中國首款大型客機最大載客量為190座，以后的型號可能命名為“C929”，其中”29“代表這一機型的最大載客量為290座。

　　中國自主研制的C919大型客機2008年開始研制，2015年11月2日在上海中國商飛公司下線，歷時7年，計劃2016年首飛。它的主要技術參數(shù)：基本型混合級布局158座，總長38.9m，高11.95m，翼展35.8m，標準航程4075km，可從北京直飛新加坡，勝任國內(nèi)所有城市往返。與波音B737飛機相比，具有更安全、更輕巧、更大功率、更快、更舒適特點。

　　C919的機頭、前機身、中央翼、中后機身等九大部段都由中航工業(yè)集團等國內(nèi)航空工業(yè)企業(yè)制造。飛行控制系統(tǒng)、機輪剎車系統(tǒng)、輔力動力裝置和導航系統(tǒng)等由霍尼韋爾公司提供。

　　大飛機發(fā)動機由美國通用電氣公司（GE）和法國賽峰集團合作研制，比現(xiàn)役空客A320及波音B737飛機的發(fā)動機都要大，更有勁，而油耗卻比它們的大大降低，使用成本比它們約低10%，碳排放量降低50%。

　　C919采用中國自主研發(fā)的超臨界機翼，提速省油，其聲阻比、導航特性、失速特性等幾項重要指標均優(yōu)于國外同類機型，速度也比它們的快。大飛機客艙增設了減震系統(tǒng)，可以緩沖顛簸，客艙內(nèi)壁設有單獨通風口，能更好地調(diào)解機艙內(nèi)的氣壓變化；艙內(nèi)的中間位置坐椅比國際航空標準椅寬12.7mm（0.5英寸），因而乘客更舒適。

　　在選材上，既選用了大量的傳統(tǒng)鋁合金，如7075-T62、7075-T73、7050-T7451、7075-T73511、7050-T77511、7075-T7351、7050-T7452、7150-T77511、7075-T6、7055-T7751、7055-T76511、7085-T7651、7080-T7452；2024-T42、2524-T3、2024-T3511、2024HDT-T351、2026-T3511等；還選用了一定數(shù)量的第三代鋁-鋰合金：2198-T8、Al-Li-S4-T8、2096-T8511、2099-T83等，但是7xxx系合金用得最多。

　　C919的前機身、中機身、中后機身、機頭與機翼的結(jié)構(gòu)件則幾乎全是用鋁材制造的，而發(fā)動機吊掛、垂尾、平尾、后機身前段、后壓力框、后機身后段、中央翼等則是用復合材料或鈦合金鍛件制造的。

　　除上述部段的主要零部件是用當今的高性能的傳統(tǒng)2xxx系與7xxx系合金制造的，一些重要的結(jié)構(gòu)是用第三代鋁-鋰合金制造的外，一些次要的零部件與功能零件則是用其他鋁合金制造的，如空調(diào)系統(tǒng)、油路管道、行李架、食品架、衛(wèi)生間設施等等。因而，C919的鋁制工件總質(zhì)量占飛機總凈質(zhì)量的65%。

　　截至2015年12月，C919客機國內(nèi)外用戶為21家，訂單數(shù)520架，定價約5000美元/架，比波音737的9000美元/架便宜45%，同時于2016年首飛后打破了中國民航市場波音和空客飛機的壟斷。在今后20年內(nèi)，可能制造1200架，每架鋁的投放量按75t匡算，需采購鋁材90kt。

運-20重型軍用運輸機

　　運-20（中國代號：Y-20、鯤鵬）大型噴氣式運輸機，是中國自主研發(fā)的新一代重型軍用運輸機，由中國航空工業(yè)集團公司第一飛機設計研究院設計、西安飛機工業(yè)集團為主制造，并于2013年1月26日首飛成功。運-20與中國空軍現(xiàn)役伊爾-76比較，發(fā)動機和電子設備有了很大改進，載重量也有提高。

　　運-20飛機研發(fā)參考俄羅斯伊爾-76的氣動外形和機體結(jié)構(gòu)，并融合美國C-17的部分特點。該機采用常規(guī)布局，懸臂式上單翼、前緣后掠、無翼梢小翼，最大起飛重量220t，載重超過66t，最大速度≥800km/h，航程>7800km,實用升限13000m。擁有高延伸性、高可靠性和安全性。

　　Y-20凈質(zhì)量若按220t-66t=154t，鋁化率按70%計算，則鋁制零部件質(zhì)量為108t，材料利用率如為50%，則需投入216t/架，今后20a內(nèi)若制造200架，需投入鋁材43.2kt，平均2160t/a。

　　運-20飛機是在運-5、運-7和運8軍用運輸機基礎上發(fā)展起來的。運-5是輕型運輸機，是中國第一種自行制造的運輸機，南昌飛機制造公司研制，1957年定型并首飛。中國發(fā)展軍用運輸機已有60年的歷史。

　　運-7運輸機是西安飛機工業(yè)公司研制生產(chǎn)的雙發(fā)渦輪螺旋漿中短程運輸機，1970年12月25日首飛，1984年完成試飛，機長23.7m，高8.55m，最大起飛重量21.8t。

　　運-8中型中程四發(fā)渦輪多用途動輸機是中國空軍主力運輸機型，陜西飛機制造公司研制，1975年首飛，起飛重量61t，機體采用全金屬半硬殼結(jié)構(gòu)，可一次搭載96名全副武裝士兵或82名傘兵。運-8運輸機陸續(xù)發(fā)展有近三十種改型。

　　至2020年前后運-20運輸機服役后，中國軍用運輸機系統(tǒng)完成了從輕型-中型-重型完整體系，成為美-俄-中三鼎之勢，可以確保國家安全、應對重大自然災害與突發(fā)事件的需要。原型機用的發(fā)動機是進口的，但即將配備國產(chǎn)的。大型動輸機不但關乎國家安全，也是經(jīng)濟建設不可缺少的關鍵裝備，自主研發(fā)大型飛機對于拉動國民經(jīng)濟增長、促進科學技術進步、實現(xiàn)國防現(xiàn)代化都具有重大意義。

　　運-20由中國數(shù)千家企業(yè)共同參與研制，統(tǒng)一制造標準難度空前，為中國航空工業(yè)史上的首次。該機的成功首飛，是中國大型飛機研制自主創(chuàng)新能力的巨大躍升，標志著中國與歐美先進技術水平的差距進一步縮小。

　　運-20大型運輸機研發(fā)成功的戰(zhàn)略意義不亞于第一艘航母遼寧艦的下水與服役。

　　中國空軍的空中加油機轟油-6是以轟-6轟炸機為基礎，將原來轟炸機的彈藥倉改為燃油儲存?zhèn)}，并加裝軟管加油系統(tǒng)研制而成的，使空軍初步具備空中加油能力。但是轟油-6的燃油攜帶量和滯空時間與美俄等國家的大型空中加油機相比仍有差距。而運-20的出現(xiàn)意味著中國完全可將現(xiàn)有的空中加油系統(tǒng)整合到運-20上，研發(fā)一款專用的大型空中加油機。此外，運-20還可作為反潛巡邏機和電子偵察機的平臺，進一步拓展中國?？樟α康难埠椒秶?。

　　從解放軍所面臨的搶險救災、部隊集結(jié)和武裝力量投送需求來看，中國對運-20的需求數(shù)量將非常龐大。僅以一個空運批次來看，如果需要在主要戰(zhàn)役方向上投放一個坦克裝甲旅，兩個空降戰(zhàn)車團，外加1500人的傘兵及傘兵配屬的突擊車、指揮車、武裝直升機等，就至少需要250架左右的運-20。中國軍方對運-20的實際需求，最起碼的數(shù)量是300架以上，如此龐大的規(guī)模，足夠兩個飛機制造廠開足馬力生產(chǎn)10a，需投放鋁材64.8kt。

　　運-20運輸機的研發(fā)成功，可將裝甲車、坦克甚至武裝直升機等重型裝備迅速部署到“一線戰(zhàn)場”，將會和運-8、運-7將形成合理搭配，進一步完善國產(chǎn)軍用運輸機體系。到那時，不但中國的戰(zhàn)略空軍將會實際成型，中國空軍的遠程機動能力和戰(zhàn)略投送能力將會獲得大幅提升。

　　運-20還可作為預警機、空中加油機和大型電子偵察機等“特種機”的平臺。中國空軍最先進的空警-2000預警機仍舊以俄羅斯的伊爾-76為平臺，運-20的面世，意味著未來中國的大型預警機將實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。

　　軍用航空器

　　中國軍用飛機從上世紀50年代初全盤從蘇聯(lián)引進米格-15型殲擊（戰(zhàn)斗）機開始到目前自主研發(fā)的第三代戰(zhàn)機“梟龍”/FC-1的材料中鋁材唱主角，絕大部分是中鋁公司的東北輕合金有限責任公司，西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司、中鋁西北鋁加工分公司生產(chǎn)的。

　　1986年9月在范保羅（英國）舉行的第27屆國際航空博覽會上，中國首次展出11種飛機與導彈模型，其中有殲8-Ⅱ雙發(fā)單座全天候殲擊機、殲-7-Ⅲ單發(fā)單座全天候殲擊機、強-5攻擊機、殲教-7型單發(fā)雙座噴氣超聲速教練機、運-8海上巡邏機、運-7旅客機、多用途運-12飛機。

　　軍用機是一個龐大的家族，包括諸如殲擊機、轟炸機、運輸機、直升機、艦載機、預警機、無人駕駛機、偵察機、兩棲機等等，不勝枚舉。雖然，當前總體上鋁材仍是主要制造材料，但趨勢上是：鋁材占的比例在單一機種上會一代比一代的少一些，而復合材料及鈦合金等占的比例則會相應地上升，如美國的第四代戰(zhàn)機F-22和F-35以隱身性能、超聲速巡航能力、高機動性、中距離空戰(zhàn)能力、短距離起降能力和維護費用低為特點，在它們的用材中，鈦合金、復合材料及隱身材料之和超過鋁材的。

　　估計在2015年~2035年期間中國需要新增加約3400架各種軍用航空器，其中：150架運-8，120架運-20，1400架殲擊（戰(zhàn)斗）機，400架轟炸機，500架直升機，其他830架，它們對鋁材的匡算總需求120kt，平均6kt/a。

　　通用航空器

　　筆者在此所說的通用航空器是指除ARJ21、C919、軍用航空器以外的所有航空器，品種繁多，名目復雜，不勝枚舉，估計在2015~2035年期間的鋁材總需求量約210kt，平均需求量10.5kt/a。

　　結(jié)束語

　　在航空器消耗的鋁中：平軋材約占60%，擠壓材（管、棒、型、線）約占28%，鍛件約占7%，鑄件約占5%。此比例是平均值，在不同的航空器中會有不同的比例，有的甚至相差很大。

　　中國航空器制造業(yè)有了很大發(fā)展，但與國防所需、大國所需、強國所需的航空器數(shù)量及其性能還有較大差距，與美國相比也有較大差距，必須努力趕超，今后20年是我們趕超的時期，是中國航空工業(yè)持續(xù)高速發(fā)展時期。鋁材仍是航空器的主體材料，在這段時間內(nèi)民用航空器的鋁材用量會>70%，軍用航空器的不會低于55%。鋁材雖然會受到復合材料的挑戰(zhàn)，但替代量不會大，鎂材用量也會增加一點點，但鎂材在民機上的應用至少是20a以上的事，鎂的一些固有缺點不是短時間能改變的，本性難移，在可預見的時間內(nèi)，鋁仍是性價比最強的航空材料。不過鋁工業(yè)不可掉以輕心，必須加強研發(fā)，加強創(chuàng)新，研發(fā)新的合金，創(chuàng)造新的材料加工工藝。

　　所生產(chǎn)的鋁材只要能為波音公司、空客公司、馬丁·馬立特公司、洛克希德公司、中國商用飛機有限責任公司一批又一批地一年又一年地采用就是航空級的了，就是頂呱呱的。不過，即使所生產(chǎn)的鋁材完全符合GB(中國國際）、HB(中國航空材料標準）、ASTM、MIL（美國軍用材料標準）、EU標準、歐洲宇航標準，也不一定能為國防軍工航空器項目所采用，因為進入軍工企業(yè)制造軍用航空器的鋁材除滿足質(zhì)量方面的標準外，還必須跨過其他的準入門坎，而對有些鋁材生產(chǎn)企業(yè)來說這些門坎可能是不可逾越的。

　　航空級鋁材的主要競爭對手是美國鋁業(yè)公司（Alcoa）、肯聯(lián)鋁業(yè)公司（Constellium）、愛勵鋁業(yè)公司（Aleris）、凱撒鋁及化學公司（Kaiser）。我們與它們的差距還很大，特別是在合金研發(fā)與基礎理論研究方面的差距更大，但在硬件——生產(chǎn)裝置方面，我們的比他們的還更好一些，因為中國的一些航空鋁材專業(yè)生產(chǎn)線與項目是在近幾年投產(chǎn)的，還有一此在建與擬建的項目。加大科技投入，把創(chuàng)新與研究發(fā)展提高到一個新水平，有條件的企業(yè)不可等閑視之。

　　鍛件在航空器中的用量雖不多，僅占百分之幾（總體平均數(shù)），卻很重要，因為它們都是受力構(gòu)件。有人說：“在飛機中鍛件占70%?！睂嵲诹钊朔艘乃?。

　　航空緊固件也是航空器制造中必不可少的重要受力件，中國還沒有屬于本國投資者建設的這類企業(yè)，雖然在蘇州有兩個專業(yè)緊固件廠，但都是美國鋁業(yè)公司的獨資企業(yè)，它們除生產(chǎn)鋁合金緊固件外，還生產(chǎn)鈦合金、鎳合金與鋼緊固件。投資者也可以考慮這方面的項目建設。

　　航空鋁材生產(chǎn)企業(yè)宜與航空器制造企業(yè)合作，建設航空鋁零件深加工生產(chǎn)能力，為它們提供可直接進行組裝的零部件，可以大大提高企業(yè)的經(jīng)濟效益與產(chǎn)品市場競爭力。（王祝堂）