9.9億ドル相当の国産大型航空機C919が初飛行に成功、院士がDouyinで舞台裏の金属3Dプリントに関する講演を行った

△国産大型航空機C919の単価。データによると、C919の単価は9,900万米ドル、6億5,300万人民元に相当する。

2022年5月14日、B-001Jの番号が付けられたC919大型機の初飛行試験が無事に完了しました。これはCOMACが納入する最初のC919です。このニュースが報道されると、すぐにすべての人気検索リストのトップに躍り出た。

これは、我が国が近年航空宇宙分野で達成した一連の成果の一つです。神舟13号有人宇宙船が地球に帰還し、天舟4号貨物宇宙船が打ち上げに成功し、多数の戦闘機に「中国の心」が搭載された。これらの成果は「月への挑戦」を現実のものにしており、これは数え切れないほど多くの科学研究者の努力と切り離せないものである。

これまで、中国科学院と中国工程院の学者らが公開講演で自ら科学研究の経験を語り、こうした成果の背後にある厳しいプロセスを一般の人々に理解してもらった。

国内大型航空機を支える金属3Dプリント

C919は中国が完全な知的財産権を所有する国産大型航空機であり、中国チームは100以上の重要な技術研究開発プロジェクトを完了しました。金属3Dプリント技術を例にとると、3Dプリントされたチタン合金部品がC919に初めて使用され、航空機の構造重量が効果的に軽減され、耐用年数が延長されました。

中国科学技術協会の「中国科学技術イノベーション」とDouyinが共同で立ち上げたビデオ科学コラム「アカデミー会員講演」では、中国工程院のアカデミー会員で材料製造の専門家である王華明氏が、国産航空機における金属3Dプリントの応用について語った。この技術は積層造形とも呼ばれ、部品を無限の平面に分割し、3次元の複雑な部品を2次元平面の問題として扱うという原理です。

「金属3Dプリントは生地をこねるようなものです。粉末や絹などの原材料を溶かし、合金化し、固めて準備します。材料が準備されると、すでに複雑な部品になります」と王華明氏は生き生きとまとめた。

2000年、王華明院士のチームが金属3Dプリントの分野に参入しました。当時、アメリカの大手鋳造会社であるエアロメットは、航空機の大型重要部品の製造に積層造形の実験を始め、エンジニアリング検証段階に入っていましたが、疲労性能の問題を解決できませんでした。最終的に、この方法は実現不可能であると結論付け、2005年にプロセスを放棄しました。

「当時、彼らは最終的にこの方法は実現不可能であり、主要部品の製造にそれを使用することは不可能であると結論付けました。もちろん、私たちは粘り強く努力を続け、ついにそれを実現しました」と王華明院士は「院士講演」で語った。 2005年、王華明院士のチームは中国初の航空機搭載用3Dプリント部品を開発した。

王華明院士出典: Douyin @院士講義
2009年、王華明氏のチームは3Dプリント技術を使用し、55日かけてC919のチタン合金製メインフロントガラス一体型窓枠を製作した。この部品はサイズが大きく、形状も複雑なため、国内航空機メーカーの従来の方法では生産できません。欧州の企業でも製造は可能だが、サイクルが長く、納品までに2年かかるほか、金型のコストが1個あたり50万ドルと高価だ。王華明院士が必要とするコストは、ヨーロッパの鍛造金型のコストの10分の1以下です。

チタン合金技術：12年の遅れから世界の最先端へ

大型民間航空機に加え、軍事分野でも新たな展開がみられる。最近、多くの戦闘機に国産の太行エンジンが搭載されたというニュースが大きな注目を集めている。「太行」エンジンはWS-10シリーズエンジンとも呼ばれ、チタン合金含有量は25％で、外国の先進エンジンのチタン含有量に匹敵します。

航空機エンジンは航空機の「心臓部」であり、「頼んだり懇願したりできない」ものであり、自ら頼らなければならないとコメントする人もいた。この背景には、多くの科学研究者の66年にわたる努力があり、院士の曹春暁はその代表的な一人です。

「J-20」戦闘機出典：Douyin @People's Daily
88歳の曹春暁さんは、「チタン合金」という言葉を初めて聞いたときの光景をいつも覚えている。

それは1956年のことでした。上海交通大学を卒業したばかりの彼は、国防研究に従事することを主張し、希望通り北京航空材料研究所に配属されました。報告後、研究所のリーダーたちは曹春暁が最初の航空チタン合金実験室の準備と建設に参加するよう手配した。彼は図書館に行って情報を調べたり、周りに尋ねたりして、チタン合金が構造物の重量を大幅に軽減し、その性能を向上させることができる新しいタイプの金属であり、航空材料として使用するのに非常に適していることを徐々に理解するようになりました。

「米国が初めてチタン合金を使用したのは1954年で、我が国は12年遅れていた」曹春暁氏は「学士講演」の中で過去2回にわたりこの遅れを強調した。 1960年代には、「超高温鍛造」と「相変化温度圧延」という革新的なプロセスの開発に成功し、同僚とともに我が国の航空分野におけるチタン利用の画期的進歩としてTC4チタン合金ブレードとディスクの開発を提案しました。 1966年、中国はチタン合金ブレードを搭載した最初の航空機エンジンを生産し、そのギャップを埋めました。

院士王華明出典: Douyin @院士講演 1980年代、曹春暁は高温と低温を交互に繰り返すチタン合金の鍛造プロセスを独創的に提案し、それが国産の新型戦闘機に適用され、数百万ドルの外貨を節約しました。曹春暁は、この国際的に先進的なレベルの新技術により、1987年に国家科学技術進歩賞の一等賞を受賞しました。

国産戦闘機におけるチタン合金の使用率は、J-8の2％からJ-31の25％へと増加し続けている。より強い耐食性が求められる空母搭載機では、J-15が20％のチタン合金を使用しているが、これは米国のF-18E/F空母搭載機よりも高い。航空エンジンの要であるチタン合金について言えば、太行エンジンのチタン合金含有量は25%に達します。

勇気を出して月を目指し、同時に種を蒔こう

航空分野の進歩に加え、神舟13号有人宇宙船の地球帰還、天舟4号貨物宇宙船の打ち上げ成功、珠容宇宙船による火星の水活動の痕跡の発見、月の土壌が酸素と燃料の生産を触媒できることの学者による発見など、航空宇宙工学における一連の成果も繰り返し注目を集めている。「あえて月を目指す」、航空宇宙分野の進歩は中国の科学技術の「高さ」を実証している。

中国科学院の院士で火山地質学者、第四紀地質学者の劉佳奇氏はビデオの中で、実際には火星探査車「珠容」がサンプルを採取するためにどこに着陸すべきか、月の土壌の組成はどのようなものかなど、多くの航空宇宙プロジェクトは地質学者の緊密な協力なしには実行できないと述べた。現在、劉佳琦院士が勤務する地球宇宙研究所が月の土壌研究を担当している。

劉佳奇院議員のように、ますます多くの科学研究者が一般大衆と直接コミュニケーションを取り始め、科学普及講座を利用してネットユーザーに我が国の航空宇宙分野などの進歩を理解させている。注目すべきは、最先端技術の創始者であり、科学コミュニケーションの重要性をよく理解している学者のグループです。現在、彼らは大学キャンパスに出向き、フォーラムに参加したり、ビデオプラットフォームで科学普及講座を行ったりして、国内の科学技術の進歩を国民に理解してもらおうとしている。

「短い動画を使って科学を伝え、普及させることは、ユーザーにとって非常に便利です。知識と内容も鮮明でリアルで、規模と効果も優れています。これも科学技術革新の一形態です」と劉佳奇院士は動画で語った。彼は科学の講義ビデオが何百万人もの人々に視聴されていることに驚きました。

劉佳奇院士出典：Douyin @院士講演会劉佳奇、曹春暁、王華明ほか両院の院士10名が、中国科学技術協会の「中国科学技術イノベーション」とDouyinが共同で立ち上げた科学普及番組「院士講演会」に参加した。蔡容根氏や潘永馨氏などの学者は、「学者クラス」というプログラムで火星、重力波、地磁気などの分野に関する知識を普及させた。

ビデオ講義の最後に、88歳の曹春暁院士は自身の2つの夢について語った。一つは国産大型航空機に搭乗することであり、これはまもなく実現するだろう。もう 1 つは、より高品質の航空機エンジンを開発することです。この道のりはまだ長く、より多くの若者が科学研究に参加する必要があります。ポピュラーサイエンスは「種」を蒔くプロセスです。

出典：西安ニュースネットワーク

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