今天让我们一起走进目前国内最先进的飞行起降动力学研究设施——航空轮胎大科学中心，以及我国仿生合成橡胶的科研基地——中国科学院长春应用化学研究所，带您揭秘仿生合成橡胶制造航空轮胎。
一架民航飞机冲向蓝天，离不开“脚”上一双能够在高速度、高载荷、高冲击条件下正常工作的“鞋子”，也就是航空轮胎。它既要耐得住零下40摄氏度到零上70摄氏度左右的极端温度，又要在飞机降落的一瞬间，扛得住几十吨以上的冲击力，直接关系到飞机的安全性。航空轮胎制造工艺极为复杂，被称为轮胎制造领域皇冠上的明珠。但是长期以来，其核心制造技术只被国外几家公司掌控。 突破关键核心技术，我国科学家开辟了一条新赛道，提出了仿生合成橡胶的技术路线。经过多年联合攻关，科研团队通过对天然橡胶的分子结构和关键的化学组分进行模仿，在今年实现了仿生橡胶合成技术的重要突破，完成了航空轮胎国产化技术全链条贯通和应用验证。 航空轮胎大科学中心主要由飞行起降动力学、硬核科技和航空轮胎制造实验基地组成，其核心是一系列飞行起降动力学大装置，主要包括航空轮胎高加速试验台、轮胎道面环境试验台、飞机起落架摆振试验台等大装置。 总台央视记者 褚尔嘉：我旁边的这台装置就是航空轮胎高加速试验台，它是这座大科学中心里轮胎性能测试的利器。现在试验台上就有一个航空轮胎等待测试。这台装置能够模拟和测试航空轮胎在最大每小时600公里的速度时，与地面摩擦，同时发生轮胎的偏转、侧倾等情况下，航空轮胎的可靠性及使用寿命。 记者看到，在航空轮胎高加速试验台上，民用航空轮胎正在进行轮胎高速转动和瞬间承压的试验。短短十几秒钟内，速度已经提升到每小时200公里左右。在监控室里，科研人员正在紧张地注视着屏幕上的一组组数据。当轮胎转动速度再次提升时，科研人员开始给轮胎加大垂直方向的压力，模拟飞机降落时航空轮胎的承压。这一试验过程与民航飞机降落时的工况十分接近。 中国科学院长春应用化学研究所所长 杨小牛：这个高加速试验台是最先调试和试运行的设备，用了这台设备以后，我们就能够知道航空轮胎在全天候使用情况下，轮胎的性能，包括它的可靠性、寿命等。我们已经测试了6个规格的轮胎，2300多次起飞和降落时候它运行的工况。 科研人员告诉记者，经过反复测试，目前由我国科学家研制并送到这里的仿生合成橡胶航空轮胎，在极端工作条件下，可以实现比天然橡胶制造的航空轮胎使用寿命提升35％以上。 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院研究员 崔荣耀：通过这些试验，我们可以对我们现在新研制的仿生合成橡胶轮胎和天然橡胶轮胎的这些综合的特性进行研究、对比，根据试验结果，经过改变配方进行迭代。这样的话，就可以把仿生合成橡胶轮胎的性能提高。 据介绍，航空轮胎所要求的各项性能指标要远远超出我们常见的汽车轮胎，既要耐得住零下40摄氏度到零上70摄氏度左右的极端温度。又要在飞机降落的一瞬间，扛得住几十吨以上的冲击力。因此航空轮胎性能测试非常关键，科研人员只有对轮胎进行几百到上千次极限测试后，才能了解轮胎的最大使用寿命。 中国科学院长春应用化学研究所所长 杨小牛：这么快的速度下，我们看出航空轮胎每一圈，它的力、热、破坏的位置，如何演化的等等这些，我们要研究它。它的性能本身怎么演变的，它如果破坏，以何种形式破坏。即使有百万分之一的不可靠性，我们一定要把它的极限给探测出来。 据介绍，航空轮胎是典型的消耗品，一般情况下，使用二百余次就需要更换。长期以来，我国民航飞机主要采用租用国外航空轮胎的方式，航空轮胎核心技术的自主可控势在必行。 中国科学院长春应用化学研究所所长 杨小牛：如果没有轮胎的话，飞机就飞不了。作为一个人口大国、航空器使用的大国，没有航空轮胎的话，其实我们可能会存在很多的风险。 在吉林长春，中国科学院长春应用化学研究所的试验基地里，记者看到一批仿生合成橡胶刚刚下线，经过压块包装后，即将被送往制造工厂，用于新一批航空轮胎样品的制造。
中国科学院长春应用化学研究所研究员 白晨曦：这是一块天然烟片橡胶，它是生产航空轮胎的关键原材料，它主要产在东南亚国家。另一块就是我们自主研发的仿生合成橡胶，从配方中我们去除了一些天然橡胶的杂质，所以从外观颜色来看，我们仿生合成橡胶颜色更浅一些。 天然橡胶被誉为“黑色黄金”，是重要的战略物资和工业原料，在航空航天、交通运输等诸多领域具有不可替代的作用。2022年我国天然橡胶产量约74万吨，消费量却超过660万吨，近90%依赖进口。 中国科学院长春应用化学研究所研究员 白晨曦：原材料它是制约我国高端航空轮胎发展的第一步，因此要实现稳定供给和大规模工业化生产这个目标，则非仿生合成橡胶这个办法莫属。 科研人员告诉记者，要达到航空轮胎的使用标准，需要让仿生合成橡胶具有特级天然橡胶类似的性能。他们通过模仿天然烟片橡胶的精细结构，在合成橡胶分子链上以特殊的方法嵌入蛋白质和磷脂，攻克了连续聚合工艺和工程技术，制备出了批量化仿生合成橡胶，其关键性能指标目前已经达到了进口特级天然橡胶的水平。 中国科学院长春应用化学研究所所长 杨小牛：仿生合成橡胶的成功研发，标志着我们已经将天然橡胶从农产品变成了工业品，克服了天然橡胶品质对地理位置的苛刻要求，也就不再依赖进口了。我们可以根据市场的需求，动态调整生产量，变存战略物资为存技术和生产装置。 破解了原材料供应难题，只是实现了新型民用航空轮胎国产化的其中一步。如何研制出具有强大性能和市场竞争力的航空轮胎产品，从而打通科技成果转化“最后一公里”是摆在科研人员面前的又一道难题。在这间弹性体功能复合材料实验室里，科研人员正在对轮胎橡胶材料配方进行各种性能验证试验，为轮胎设计提供翔实可信的数据。 中国科学院长春应用化学研究所研究员 叶峰：我们看到的轮胎是一个整体，但是我们再来看一下它切开之后的断面，它会分为胎面、胎侧、帘布层、钢丝圈等十几种部位。它们几个部位坚实度、耐磨性、承载度等各个方面都是不同的。因此我们在设计中，就需要对航空轮胎的这几个不同的部位胶进行开发和设计，需要准确地预测它的使用寿命。 为此，科研人员自主研发出一套全新的数字轮胎工业软件，同步实现轮胎结构设计与性能预测。在软件中，轮胎的各项数据、受力情况等要素一目了然，不仅可实现亚毫米级空间解析度上的设计，还大大缩短了原有的流程和开发时间。 为了实现航空轮胎核心技术自主可控这一目标，中国科学院长春应用化学研究所依托“仿生合成橡胶”专项，已经完成航空轮胎国产化技术全链条贯通和应用验证。实现了仿生合成橡胶和数字轮胎工业软件两项从“0”到“1”的原创性技术突破，掌握了41项核心技术，从而使我国在航空轮胎工业上走出一条完全区别于西方国家的创新之路。 中国科学院长春应用化学研究所所长 杨小牛：我们自己会布局一个示范性的工厂，进行一些验证，以便更好地促进我们的研发。另外一个就是，我们想把我们的技术给目前已有的轮胎厂，来升级它们的技术，使它们升级成能够制造这种民航轮胎的一个能力。
