非定常回流式风洞实验室
一年可减少70多吨燃油消耗、近200吨碳排放——一张贴在飞机表面的薄膜，如何做到减阻？从实验室里的微米级结构，到万米高空中的长期服役，这项技术又经历了怎样的攻关？
今年2月，由上海纳琳威科技股份有限公司与上海交通大学通过科技成果转化共同研制的国内首款大飞机减阻膜，获得中国民航适航审定，并入册成为中国商飞减阻膜合格产品。这意味着我国航空核心配套膜材料自主可控取得新突破。
“车道”让气流有序通过
走进位于南通的飞琳科新材料生产基地，一层是非定常回流式风洞实验室，另一层则是微结构成型车间和弹性体微结构成型车间。
在风洞实验室里，研究人员仍在不断尝试新的微结构设计，并通过模拟不同气流条件，验证减阻机制和结构性能。而穿过实验室进入生产车间，微米尺度的结构开始真正被“复制”到一卷卷航空膜材料上。减阻膜最核心的一道工序——微结构成型，就在这里完成。
飞机高速飞行时，机身表面的空气并非简单地向后流动。复杂的气流运动会产生阻力，飞机需要消耗更多能量克服这些阻力。减阻膜的作用，正是通过改变飞机表面的微观气流状态，降低阻力。
上海交通大学副教授、飞琳科新材料（南通）有限公司总经理向阳打了个比方：如果把飞机表面的气流比作高速公路上的车辆，那么，减阻膜上的微结构就像给车辆划分出一条条车道，让气流更加有序地通过，从而减少阻力。“以C919这样的190座级大型客机为例，按照每天平均飞行10至12小时计算，应用减阻膜后，一年可节省70多吨燃油，减少近200吨碳排放。”
利用飞机表面微结构降低阻力，并不是一个新概念。早在上世纪90年代，国内外就已经提出相关设想。但从提出想法到真正制造出一款可以装上飞机的产品，中间还有漫长的距离：微结构怎么设计、加工？材料怎么研制？更重要的是，如何通过严格的民航适航审定？
这些问题，让这项技术长期停留在基础研究和实验验证阶段。
从一块平板摸索设计规律
2013年，中国商飞开始与上海交通大学进行大飞机减阻膜技术攻关。此后，向阳带领研究团队围绕微结构设计、材料性能和铺贴工艺等开展了近12年的研究。“由于减阻膜上的微米级结构与飞机整体尺寸存在约108量级的尺度差异，无法依靠超级计算机对真实飞机的湍流边界层开展完整模拟。”向阳说，团队从小型平板试样入手，通过计算、仿真、实验和反复迭代，一步步摸索微结构的设计规律。
2021年，德国化工巨头巴斯夫与汉莎集团旗下汉莎技术合作研发的新型飞机表面贴膜AeroSHARK，在完成前期航线验证后投入民航规模化应用。这一进展，让团队更加清晰地看到了减阻膜从技术走向应用的可能。与此同时，国产大飞机产业也进入新的发展阶段。C919取得民航适航证并逐步进入规模化运营后，“国产大飞机也从‘造出来、飞起来’，进一步转向‘飞得更好、飞得更经济’”。
技术要真正走向应用，光有基础研究还不够，还需要解决材料、工艺、设备等一系列问题。
向阳所在的上海交通大学航空航天学院研究团队，长期积累空气动力学微结构设计和航空适航取证方面的经验。但要把微结构真正做成稳定的航空膜材料，还需要解决高分子材料改性等问题。而此时纳琳威公司进入了向阳团队的视野，其优势恰恰在于具备高分子材料改性、膜材耐候性以及加工设备等产业化能力。
一方解决“结构怎么设计”，另一方解决“材料怎么做、设备怎么造”，双方由此形成优势互补。2024年，依托上海交通大学科技成果转化，双方成立飞琳科新材料（南通）有限公司，进一步推进产品研制和产业化。
2024年底，随着高雷诺数连续跨声速风洞的建成，团队终于获得了更加接近真实飞行环境的验证条件。2025年初，中国商飞与上海交通大学联合开展风洞验证试验，最终验证出减阻率达到设计指标。
通过适航审定，迈向批量化生产
对于航空材料而言，实验室里的性能指标并不是终点。要走出实验室、把减阻膜装上飞机，还必须跨过适航审定这道门槛。
众所周知，民用航空对安全性要求极高，相应的适航标准也极其严格。即使是一张贴在飞机表面的薄膜，也必须经受一系列极端情况的验证。比如，飞机遭遇冰粒，膜会不会撕裂？会不会整片剥落，甚至进入发动机？遭遇雷击时，膜材是否会发生异常？长期使用过程中，薄膜的性能会不会改变甚至变差？除此之外，从材料本身到生产工艺，再到最终铺贴工艺，都需要按照航空标准逐项验证，最终才能真正通过适航审定。
而要通过这些验证，必须解决一个问题：如何将微米级结构稳定、批量生产出来？向阳介绍，在超宽幅基材上实现1微米级的精密成型，同时保证批量生产，对加工精度和工艺稳定性都提出很高要求。“飞机不同部位的气流状态并不相同。理论上，不同区域需要匹配不同的微结构，但如果每个区域都单独设计，就很难实现规模化应用。”
能否用一种结构适应多种气流状态？为此，团队自主研发了一套软件，用于寻找具有更强适应性的微结构；同时提出基于弹性体微压印的新工艺，并自主研发加工设备。此后，为增强材料耐磨性能，团队又历经两年多时间、十余次失败，直到去年9月才最终找到新的工艺路线——既满足耐磨性要求，又确保微结构高精度成型，为产品后续产业化打下坚实基础。“位于南通的车间可日产约2000平方米的减阻膜。”向阳透露，目前，该产品正稳步推进真实试飞等工作。
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