深瞳工作室出品
通訊員 相錚 科技日報記者 楊侖 葉青 龍躍梅 策劃 趙英淑 滕繼濮 林莉君
航空輪胎對沖擊、承載、生熱和耐磨等技術(shù)指標(biāo)有著極為苛刻的要求，要實現(xiàn)技術(shù)全鏈條自主可控，并真正地進(jìn)入良性軌道，具有市場競爭力，獲得商業(yè)化成功，必須要闖過材料研發(fā)、工程化和市場化“三道關(guān)”。
視覺中國供圖
9月的嶺南，古樹陰翳下仍覺得非常潮熱。
從黃埔軍校舊址向東北出發(fā)25公里，就能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看見矗立在黃埔區(qū)新龍鎮(zhèn)一座輪胎形狀的建筑——這里是即將建成的航空輪胎大科學(xué)中心。
與天氣同樣“火熱”的，是科研人員們激動而按捺不住的心情。在這里，先進(jìn)試驗設(shè)備——航空輪胎高加速試驗臺的“日程表”，早已被排得滿滿當(dāng)當(dāng)。伴隨著尖銳刺耳的巨大聲響，短短幾秒鐘內(nèi)，輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)時速加速至300公里/小時。這模擬了飛機(jī)起飛的全過程，輪胎的各項數(shù)據(jù)通過傳感器、攝像頭被全方位記錄下來，以備進(jìn)一步分析。
像這樣的大型試驗設(shè)備一共有七套，眼下，它們要做的就是評估航空輪胎裝在飛機(jī)上是否安全可靠。
小小的輪胎有啥了不起？
公開資料顯示，我國輪胎產(chǎn)量占到了全球四成左右，是名副其實的輪胎大國。但單條輪胎的利潤卻低得可憐。“同樣型號、規(guī)格、用途的汽車輪胎，國產(chǎn)名牌輪胎的價格不足米其林、固特異等國外輪胎品牌的一半，有些企業(yè)生產(chǎn)一條輪胎的利潤僅有二三十元?！?ensp;在行業(yè)內(nèi)摸爬滾打近20年的黃埔輪胎（廣州）有限公司總經(jīng)理王林龍告訴科技日報記者。
汽車輪胎尚且如此，作為行業(yè)最尖端的產(chǎn)品——航空輪胎的情況自不必說?！昂娇蛰喬?，國產(chǎn)的？”聽到這個問題，幾位資深飛機(jī)維修工程師都紛紛表示，至少在民航領(lǐng)域“聞所未聞”。
航空輪胎對飛機(jī)的安全性和可靠性至關(guān)重要，對沖擊、承載、生熱和耐磨等技術(shù)指標(biāo)有著極為苛刻的要求。放眼全球，航空輪胎行業(yè)的核心技術(shù)長期掌握在國外少數(shù)的大公司手中，對后來者而言，進(jìn)入該領(lǐng)域門檻極高。闖出一條路，唯有靠科技創(chuàng)新。
在試驗臺上進(jìn)行測試的輪胎。受訪者供圖
勇闖材料研發(fā)、工程化和市場化“三道關(guān)”
“我們就像在一間黑屋子里，連門在哪里、有沒有門都不知道?！边@是中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所（以下簡稱長春應(yīng)化所）所長楊小牛剛承擔(dān)任務(wù)時真實的想法。
照貓畫虎，生產(chǎn)出一條航空輪胎不難，通過偶爾的測試也不難。但要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、質(zhì)量追上甚至超越國外品牌，技術(shù)全鏈條自主可控，并真正地進(jìn)入良性軌道，具有市場競爭力，獲得商業(yè)化成功，必須要闖過材料研發(fā)、工程化和市場化“三道關(guān)”。
正應(yīng)了楊小牛常常警醒團(tuán)隊成員的一句話：科學(xué)，沒有捷徑可以走，沒有彎道可以超。
橡膠材料，是研發(fā)航空輪胎亟須攻克的第一道難關(guān)。
橡膠被譽(yù)為“黑色黃金”，作為重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，橡膠在國防軍工、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域具有不可替代的地位。
從某種意義上來說，橡膠改變過人類的歷史進(jìn)程。1941年12月7日，珍珠港事件爆發(fā)；六周后，日本攻占東南亞地區(qū)，掌握了世界90%以上的橡膠供應(yīng)，迫使美國爆發(fā)“橡膠危機(jī)”。時至今日，來自東南亞的頂級天然橡膠，仍是生產(chǎn)航空輪胎的重要原材料。
要實現(xiàn)穩(wěn)定供給、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、自主可控的目標(biāo)，則非人工合成橡膠這個辦法莫屬。長春應(yīng)化所在此領(lǐng)域有著悠久、深厚、光榮的歷史和積淀。1950年，新中國第一塊合成橡膠——氯丁橡膠就誕生于此；該所20世紀(jì)70年代研制成功的鎳系順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)，至今仍處于世界領(lǐng)先水準(zhǔn)。
如今，長春應(yīng)化所研究員白晨曦帶領(lǐng)團(tuán)隊接過前輩手中的火炬，致力于高性能仿生合成橡膠的制備和工程化工作。要達(dá)到航空輪胎的使用標(biāo)準(zhǔn)，需要讓人工合成橡膠具有天然頂級煙片膠類似的性能。其關(guān)鍵是在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質(zhì)和磷脂。
“我們就像在無人之地奔跑，有目標(biāo)，路卻需要自己走。”白晨曦說。從技術(shù)路線到配方選擇，從合成裝備到仿生枝接……數(shù)年時間彈指一揮，他和團(tuán)隊成員埋頭尋找材料的最優(yōu)解。
北國春城捷報頻傳：小試、中試成功；百噸級、千噸級開車成功，材料配方迭代了很多次，還將根據(jù)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要繼續(xù)迭代下去。
長春應(yīng)化所的科研人員們在無人的荒野中蹚出一條康莊大道。
正在建設(shè)中的航空輪胎大科學(xué)中心。視覺中國供圖
全鏈條自主可控國產(chǎn)航空輪胎走出實驗室
自東北一路南下，3000公里之外的廣州，大科學(xué)裝置的建設(shè)如火如荼。
除了投入使用的高加速試驗臺，廣東粵港澳大灣區(qū)黃埔材料研究院（以下簡稱埔材院）研究員崔榮耀向記者介紹了每一處場地的功用——即使現(xiàn)在只是一座座鋼筋交織、空蕩蕩的基坑。他興致盎然地描繪著圖景，仿佛真的有起落架從高空砸下，產(chǎn)生了輪胎的形變、起落架的擺振。
思維敏捷、話語中充滿對未來希望的崔榮耀，其實已經(jīng)退休多年。他與眾多科研工作者有一個共同的目標(biāo)：解決航空輪胎工程化問題。
標(biāo)準(zhǔn)，是一款產(chǎn)品適用與否的關(guān)鍵。但航空輪胎的標(biāo)準(zhǔn)就像一個“盲盒”：現(xiàn)有測試數(shù)據(jù)、評價標(biāo)準(zhǔn)大多由國外材料翻譯而來，知其然卻不知其所以然?！昂娇蛰喬恿W(xué)大裝置就是要解決這個問題?！贝迾s耀說。
一系列先進(jìn)的試驗裝置，可以還原在真實使用場景中輪胎的表現(xiàn)，搜集并建立包括航空輪胎、汽車輪胎、特種輪胎等幾乎所有下游產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)字孿生、模擬地面動力學(xué)等實驗裝置，實現(xiàn)由基礎(chǔ)理論、硬核科技共性技術(shù)再到工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的突破。
舉例來說，航空輪胎需要對其對抗沖擊、大承載、低生熱和高耐磨等多個矛盾性參數(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計，充分平衡它們之間的性能關(guān)系，實現(xiàn)高可靠要求。這需要模擬實際工況進(jìn)行測試，預(yù)測出輪胎一共能完成的起降次數(shù)。
在實踐中，航空輪胎有時會經(jīng)受零下50—60攝氏度的低溫環(huán)境，以及降落時升至150攝氏度的溫度劇變；有時則需要在短時間內(nèi)達(dá)到起飛速度；有時則需要在干燥、結(jié)冰的跑道上起降……
“為了實現(xiàn)航空輪胎的高可靠性，我們需要了解其全生命周期的表現(xiàn)，希望將其壽命末期出現(xiàn)爆胎控制在特定部位，甚至精準(zhǔn)到哪一次出現(xiàn)?！睏钚∨Ｕf。
傳統(tǒng)意義上，輪胎尤其是航空輪胎迭代的鏈條、周期較為漫長；如今，幾乎可以保持動態(tài)更新。巨大的跨越，源于顛覆性的核心算法、完全獨(dú)立自主的數(shù)字輪胎工業(yè)軟件。在軟件中，輪胎的各項數(shù)據(jù)、受力情況等要素一目了然，大大縮短了原有的流程和開發(fā)時間。
負(fù)責(zé)軟件開發(fā)的項目研究員葉峰表示，該軟件從核心算法上進(jìn)行了顛覆性的創(chuàng)新，使用了基于等幾何原理的底層算法求解策略，同步實現(xiàn)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能預(yù)測，加速了產(chǎn)品制造的迭代進(jìn)程，形成多個規(guī)格型號的航空輪胎產(chǎn)品的并行開發(fā)能力。
從材料到產(chǎn)品，全鏈條自主可控的國產(chǎn)航空輪胎走出了實驗室，變成了看得見、摸得著的樣品。
受訪者供圖
技術(shù)外溢助推行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
一年365天，登門找技術(shù)的企業(yè)就有近400家，埔材院的門檻幾乎被企業(yè)踏破了。該研究院是長春應(yīng)化所與地方政府共同建立的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，建成了以航空輪胎動力學(xué)大裝置為核心的高端輪胎研發(fā)及制造平臺和芯片化學(xué)材料研發(fā)及制程驗證平臺。
“1+1+X是我們目前的發(fā)展模式?！逼也脑焊痹洪L、研究員王杰告訴記者。第一個1，就是航空輪胎。航空輪胎是輪胎行業(yè)皇冠上的明珠，在材料、工程制備等方面沉淀下來的技術(shù)，有極佳的應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景。
王杰舉了個簡明易懂的例子：新能源汽車輪胎有加速更快、滾阻更小、承載更大、噪音更低的要求，而對掌握了航空輪胎全鏈條技術(shù)的團(tuán)隊來說，新能源汽車輪胎正是可以大展拳腳的領(lǐng)域。
去年底，在黃埔區(qū)政府的支持下，埔材院與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)共同成立了注冊資本達(dá)20億元的黃埔輪胎（廣州）技術(shù)有限公司，第一批新能源輪胎產(chǎn)品有望今年下線。
特種輪胎、前沿技術(shù)也在這里快速成長。非充氣輪胎被業(yè)界認(rèn)為是輪胎的二次革命，有望解決充氣輪胎在舒適性和操控性上的矛盾，徹底將“爆胎”變成歷史名詞。在國際上，也僅有一家企業(yè)在這方面進(jìn)行探索。
在埔材院，年輕的研究員趙曉禮正帶領(lǐng)團(tuán)隊針對非充氣輪胎進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。“我們的樣品已經(jīng)上路測試，目前要解決的問題是提升最高行駛速度和高速下的連續(xù)行駛能力?！闭勂痦椖?，趙曉禮信心十足。
風(fēng)乍起，吹皺一池春水。
破除機(jī)制“藩籬”，先進(jìn)而卓有成效的科技創(chuàng)新體制被埔材院“復(fù)制粘貼”了過來，在生物醫(yī)用、高分子材料等諸多領(lǐng)域得到了創(chuàng)新性的應(yīng)用，成果轉(zhuǎn)化的“X”有些應(yīng)用絕對“出人意料”。
90后科研工作者袁黎光，博士期間研究方向是聚氨酯材料。相比“時髦”的材料，聚氨酯多少顯得有點“老態(tài)龍鐘”。
“我查了近年來的行業(yè)期刊，發(fā)現(xiàn)聚氨酯大都作為‘配角’出現(xiàn)，一度擔(dān)心自己能不能畢業(yè)?！痹韫庑χf。
如今，他卻在工廠里忙得腳不沾地。作為高分子摩擦材料中心負(fù)責(zé)人，袁黎光把一項技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成了汽車的隱形車衣。
這完全是一次偶然的機(jī)會。驚訝于隱形車衣產(chǎn)品的價格，袁黎光對市面上的產(chǎn)品做了一點功課——上門買邊角料?！败囈滦枰咄?、耐磨和高韌性，以達(dá)到彰顯原車漆、抵抗剮蹭、防止穿刺劃傷的目的，這不是巧了么？”
他原本的研究方向，就是以聚氨酯為原材料、應(yīng)用于尖端裝備的涂層技術(shù)。廣州一家企業(yè)聞訊趕來，最終決定投入3000萬元，購買高耐磨聚氨酯材料技術(shù)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。目前，該產(chǎn)品已經(jīng)迭代了數(shù)次，很快就將出現(xiàn)在市場上。
另一項有趣的成果轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)在智能穿戴設(shè)備上，當(dāng)?shù)匾患移髽I(yè)與埔材院就此達(dá)成長期戰(zhàn)略合作。該項目負(fù)責(zé)人張通告訴記者，這項技術(shù)的來源，是輪胎測試中經(jīng)常用到的標(biāo)定輪胎形變的接地印痕陣列傳感器，應(yīng)用到智能穿戴設(shè)備上，可以更精準(zhǔn)地對心率和血壓等參數(shù)進(jìn)行實時測試。
一批青年才俊成為獨(dú)當(dāng)一面的骨干
仿生合成橡膠航空輪胎這一項目自啟動以來，僅用兩年半的時間，基本實現(xiàn)了全流程技術(shù)鏈條貫通。
無論是退休返崗的老專家、正值壯年的科研骨干還是初出茅廬的青年科研工作者，都從不同角度，表達(dá)了這次項目有點“不一樣”。
用楊小牛的話說，項目的“指揮棒”變了。項目瞄準(zhǔn)的不再是論文、獎項和“帽子”等指標(biāo)，而是圍繞著航空輪胎這一國家需求，在布局伊始就進(jìn)行了一體化的設(shè)計，高效配置全產(chǎn)業(yè)鏈上的科技力量和創(chuàng)新資源，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用各界心往一處想、勁往一處使，各種知識與想法匯集，所有數(shù)據(jù)和成果共享，最終匯聚成了關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的強(qiáng)大合力。
體制機(jī)制的創(chuàng)新，使得整個項目生機(jī)勃勃?！霸诮M織模式方面，強(qiáng)化產(chǎn)品導(dǎo)向、應(yīng)用導(dǎo)向，形成了研究所+企業(yè)+地方三方面聯(lián)合攻關(guān)模式；在人才方面，賽馬制、揭榜掛帥等制度已經(jīng)在項目中得到廣泛應(yīng)用?！睏钚∨Ｕf。
作為仿生合成橡膠航空輪胎項目的總負(fù)責(zé)人，最令楊小牛欣喜的不僅是成果，更是在實戰(zhàn)中凝聚的這支人才隊伍。1981年出生的郇彥，擔(dān)任專項的副總工程師，對不同專業(yè)領(lǐng)域深入鉆研，開展統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，已成長為跨學(xué)科跨領(lǐng)域全面發(fā)展的復(fù)合型人才，在重大任務(wù)中展現(xiàn)了自己的才華； 1987年出生的葉峰，則是工業(yè)軟件的核心科學(xué)家；更有一批90后的青年才俊，在項目中成長為獨(dú)當(dāng)一面的骨干。
在楊小牛的辦公室里，一張壓在亞克力板中的責(zé)任狀放在顯眼的位置。他一邊指給記者，一邊脫口背出上面禁止性條款。簡單說，參與專項期間，不允許申報獎項、也不能申報其他項目了。
“科學(xué)沒有捷徑，科學(xué)研究必須腳踏實地?！睏钚∨Ｕf。在他看來，禁止性條款幫助科研工作者摒棄雜念，心無旁騖，全心全意地投入到專項的科學(xué)研究工作中，攻克一項又一項核心技術(shù)。
國產(chǎn)航空輪胎也就在此良性循環(huán)中，跑出了中國“加速度”。
