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航空轮胎的“卡脖子”问题分析

发布时间:2021-11-10

2019年9月30日,中国大陆上映的电影《中国机长》是依据2018年5月14日四川航空3U8633航班成功处置的紧急真实事件改编,讲述了“中国民航英雄机组”成员与119名旅客突遇驾驶舱挡风玻璃爆裂脱落、座舱释压的极端罕见险情,他们在万米高空直面缺氧、极寒、狂风、失联等多重考验,冷静处置险情,最终安全备降成都双流机场,确保了飞机上119名旅客和9名机组人员的安全。

电影《中国机长》四川航空3U8633飞机着陆瞬间

四川航空3U8633的机型为中小型空客319飞机,其最大起飞承重为75500 kg(75.5吨)。在3U8633着陆瞬间,飞机速度高达287公里/小时,飞机在着陆滑行过程中起着重要作用的部件就是航空轮胎。飞机上看似不起眼的一个小小轮胎,却是与高端芯片、光刻机等高科技一同列入科研任务清单,成为我国急需解决的“卡脖子”问题。试想一下,在如此高速度的情况下,重达几十甚至几百吨的飞机将会产生难以想像的冲击,而这些冲击将全部载荷在航空轮胎上,一旦航空轮胎出现质量问题,必将酿造灾难性的后果。如果航空轮胎在飞机起飞或着陆过程中发生爆炸,严重的会造成机毁人亡。因此,航空轮胎也关系到成千上万人的生命安全。

航空轮胎的苛刻要求

在所有轮胎中,航空轮胎处于最顶尖,被誉为轮胎界的“皇冠明珠”,其制造业属于资本、技术、人才资源密集型产业,属于难度最高的轮胎[1]。同时航空轮胎又是飞机上安全性与可靠性要求超高的重要部件,飞机的安全起飞和降落都必须依靠轮胎内部的各种强大独特的功能来实现,因此对航空轮胎的质量具有极为苛刻的要求。一方面,飞机的速度,起飞或者降落时的瞬时速度约在300~400公里/小时之间,另一方面是载荷,航空轮胎的单胎载荷在30吨以上,甚至达到50吨。相比之下,客车轮胎的载荷就小的很多,在3~5吨之间。其次,航空轮胎的使用环境是高温、高压、载荷特别高、速度特别快,在着陆瞬间约不到1秒的时间内,轮胎的温度可由环境温度骤升到100 ℃,甚至可能达到150 ℃;同时飞机在飞行过程中处于万米高空,其环境温度一般在–50 ℃左右,这使得航空轮胎必须满足在–50 ~150 ℃的环境温度范围之内仍旧能够正常工作。

这些极其严苛的使用环境使得航空轮胎必须具备特别耐冲击、耐刺扎以及耐温升等非常苛刻的性能,这使得航空轮胎的生产工艺相当苛刻,国外的技术对我们也是高度保密的,甚至用什么特殊的材料我们也不清楚,致使国内大型民用航空客机使用的航空轮胎都只能依赖进口[3]。作为全球轮胎产销大国,中国轮胎行业在高端航空轮胎领域长期遭受国外技术封锁和经费投入不足的制约,处于“卡脖子”状态,凸显了尴尬的产业竞争力[3]

电影《中国机长》四川航空3U8633飞机着陆瞬间

航空轮胎的“卡脖子”问题


2020年9月16日,在中国科学院“率先行动”计划第一实施进展情况的发布会上,中科院院长白春礼表示,要把美国卡脖子的清单变成中科院科研任务清单。中科院作为一个科研机构,不能包打天下,还是要聚焦关键的核心技术,瞄准关键的基础材料、关键核心的工艺、基础算法、重大装备等基础性、战略性的关键核心技术的需求,在光刻机、航空轮胎、高端芯片等方面,争取要主动揭榜发挥多学科的综合和建制化优势,集结精锐力量组织系统攻关,有效解决一批“卡脖子”问题。这其中的“卡脖子”技术难题就包括航空轮胎。

我国军用航空轮胎生产企业主要有沈阳第三橡胶厂、曙光橡胶研究院,国内军机配套基本源自这两家单位,但民用航空轮胎目前还处于研发阶段,国内民航飞机所用轮胎全部采用租赁的方式,租借国外米其林、固特异、普利司通三巨头所生产的轮胎,并按照起飞次数与滑行距离缴费,三巨头依靠先进的研发技术和强大的品牌影响力对我国民航轮胎产业形成垄断。产生这种现象的主要瓶颈有四个方面[1]:

(1)关键原材料瓶颈。天然橡胶是航空轮胎最核心的原材料,根据CTSO-C62e、NY/T733-2003与GJB7269-2011规定,航空轮胎采用的天然橡胶生胶的性能检测项目14项,外观检测项目11项,并且要求天然橡胶在基础配方下的拉伸强度>21MPa,断裂伸长率>800%。国产天然胶很难满足众多的检测指标,并且不具备高强度、高断伸的机械性能;

(2)技术研发瓶颈。航空轮胎兼具工程胎的载荷与赛车胎的速度,这要求航空轮胎耐高温、耐磨、低生热,能够经受高速起降产生的巨大冲击力;

(3)资质瓶颈。民用航空轮胎出于对驾驶员与乘客安全的考虑,实行严格的适航管理政策,任何企业必须通过技术标准规定项目申请书(CTSOA)后才具备航空轮胎的生产资质,适航批准门槛高、难度大,对企业资金、技术、影响力要求较高。除此之外,所生产的轮胎必须通过供应商繁杂的资质认定程序,才可取得装机批准资格;

(4)品牌瓶颈。长久以来,飞机使用单位对轮胎品牌已经形成了固有的消费观念,对三巨头生产的轮胎有很高的信任度、满意度以及很强的依赖性,航空轮胎的零容错率使民航业在新产品的使用上存在较高的疑虑。

航空轮胎的需求量

航空旅行是高消费行为,需要经济社会的繁荣和人们可支配收入的持续增长作为支撑,然而随着世界经济发展特别是新兴经济体的持续高速增长以及快速城市化,全球旅客选择航空出行逐渐成为常态,如下图所示,全球航空旅客周转量持续稳步增长,预计未来20年旅客周转量仍将以年均4.6%的速度增长,到2038年时将接近20万亿人次。这也预示着民用航空轮胎的需求量也会大幅提升,表现出非常巨大的航空轮胎市场空间[2]

2008年~2038年全球旅客周转量[2]

据波音公司报告,截至2018年年底,全球民用航空飞机机队规模达到25830架,其中中国民用航空飞机机队总数为3639架,单个国家机队规模处于全球第二位。预计未来20年内,全球民用航空机队规模将以每年平均3.4%的速度增长,至2038年全球民用航空机队规模将达到50660架,其中中国民用航空机队规模将保持4.5%的平均年增长率,到2038年将增加到9330架,在全球民用航空机队规模中占比18.4%,仍旧是全球第二大民用航空飞机市场[2]

2018年和2038年民用航空机队规模总量

全球民用航空机队规模能够维持稳步有序的增长,这也预示着全球航空轮胎需求量的持续增长。一般情况下,民用航空轮胎需要进行翻新,按照常规需求分析,市场所需新胎和翻新胎的比例约为1:4~2:3之间。2018年我国航空轮胎需求量约33万条,其中新胎需求约13.4万条,翻新胎需求约19.6万条;全球航空轮胎需求约233万条,其中新胎需求约93.5万条,翻新胎需求约139.5万条;预测到2038年,我国航空轮胎需求量约84万条,其中新胎需求约33.6万条,翻新胎需求约50.4万条;全球航空轮胎需求量约456万条,其中新胎需求约182.4万条,翻新胎需求约273.6万条[2]

2018年和2038年民用航空轮胎需求量

全球航空轮胎的市场需求量巨大,同时中国有着世界上发展最快潜力最大的民用航空市场,中国也在全力发展航空轮胎技术。然而,航空轮胎的技术难度也非常高,其设计制造技术位于轮胎行业金字塔顶端,全球只有屈指可数的企业可以研制并制造航空轮胎。这导致进入航空轮胎市场的门槛愈发升级,并非易事,市场也一直被国际轮胎巨头占据。据统计,目前全球现有17家规模不等的企业生产航空轮胎,总计23间航空轮胎生产工厂,主要分布在美国、法国、英国、日本、俄罗斯、中国等12个国家,近90%的航空轮胎市场由法国米其林集团公司(37%)、日本普利司通公司(30%)和美国固特异轮胎橡胶公司(20%)占据[4,5,6]

航空轮胎市场份额

多年来,国际轮胎巨头不断加大研发投入,构筑了更高的资金壁垒和技术壁垒,使得航空轮胎的技术研发门槛愈发升高,相比之下,国产航空轮胎的资金、技术实力仍旧与国际轮胎巨头有不小的差距,技术研发经验也欠缺,长期处于“卡脖子”状态,要想跟上航空轮胎领域内的国际先进技术水平,仍需要更多的投入。从保证飞行安全、运营管理、追责问责等角度考虑,国产轮胎距离装机使用还需要很长的路要走,这也注定不会是一片坦途。

参考文献:

[1]王晓建. 异戊橡胶湿法混炼及其在航空轮胎部位胶中的应用研究[D].中国科学技术大学,2021.

[2]盛保信.全球航空轮胎市场需求分析[J].中国橡胶,2020,36(11):15-18.

[3]李画,鲍高亮.以航空轮胎制造为抓手  促进海南天然橡胶产业提质增效[J].今日海南,2020(05):27-29.

[4]朱永康.泰国成为东盟航空轮胎制造中心[J].世界橡胶工业,2017,44(01):46.

[5]王松威, 关伟平. 全球航空轮胎业现状与发展趋势[J]. 轮胎工业, 2009(11):6-11.

[6]关伟平, 邓海燕. 全球航空轮胎业概述及我国航空轮胎业发展策略[J]. 轮胎工业, 2007, 27(005):259-263.


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