MC-21的“黑翼”：为何其生产成为进口替代中最复杂的环节

2026年8月12日，, 莫斯科航空学院报道：

2026年8月3日，俄罗斯新一代中程窄体客机MC-21-310在伊尔库特航空工厂机场完成新一轮试飞。该机在空中飞行1小时23分钟，爬升至6000米高度，表速达到600公里/小时。该机型目前正处于取证关键阶段，工厂已在为其投入批生产做准备——计划未来几年向航空公司交付的首批飞机为18架。

在飞向蓝天的道路上，这款“21世纪干线飞机”（Магистральный самолёт XXI века）经历了多次改型，并在进口替代计划框架内实现了全俄产配套。其关键结构之一就是复合材料机翼，目前由乌里扬诺夫斯克的“航空复合材料”工厂生产。为什么这种机翼的制造成为国内航空制造者面临的超高难度任务，其解决路径又如何影响整个行业？我们请莫斯科航空学院101教研室“航空技术设计与适航认证”高级讲师谢尔盖·格里先科进行解读。

🔹复合材料对阵金属

在航空领域，复合材料机翼常被称为“黑翼”，原因是制造它所使用的碳纤维复合材料呈黑色。这种机翼由复合材料制成，即由两种或两种以上均匀且互不相溶的组分构成。最终制品的整体性和形状由所谓的基体赋予，基体最常用的是热固性聚合物；而特殊的力学性能则由增强填料——碳纤维和玻璃纤维——来保证。

谢尔盖·格里先科解释说：复合材料机翼的主要区别在于材料本身的物理特性和生产工艺。金属机翼由大量独立零件（蒙皮、长桁、翼肋）组装而成，它们之间通过大量铆钉和螺栓连接。复合材料机翼则由数百万根浸渍了特种树脂的极细碳丝成形，并‘烘烤’成一个整体式部件。最终得到的是装配工序、开孔和接缝最少的成品，它具有良好的保形能力，与金属机翼相比具有高强度、高刚度且质量相对较小。此外，通过纤维在复合材料中的特殊铺放，还可以赋予其特殊的力学性能。

航空运输装备制造商正在大规模转向复合材料。原因在于复合材料具有独特的强度-质量比：它们比钢更坚固，却可以比铝更轻。此外，复合材料本身不易腐蚀，对金属最主要的“痼疾”——持续载荷引起的微裂纹即疲劳破坏——也不太敏感。这从根本上降低了航空公司对飞机的维护成本，并延长了使用寿命。

🔹MC-21为何需要“黑翼”

专家表示：在MC-21-310的结构中使用复合材料，使研制大展弦比机翼成为可能，也就是窄而长的机翼。这种几何外形可带来更大的航程或更高的燃油效率。如果这种形状的机翼用金属制造，要么会断裂，要么会过于沉重。

由于采用复合材料机翼，研制人员得以降低飞机的总阻力，这反过来又使MS-21的机身能够成为同类窄体客机中最宽的。如今乘客将拥有更大的个人空间，甚至可以在过道中与分发餐食的乘务员推车轻松错身而过。

最初，该项目使用的是主要来自美国和日本的进口碳纤维带和树脂基体，但由于西方对俄实施制裁，供应被切断。当时设计人员面临一项雄心勃勃的任务：不是简单地寻找替代品，而是在俄罗斯从零开始研制性能完全相同或更优的材料。需要替代的不仅是碳纤维本身和聚合物树脂基体，还包括自动铺放设备（机器人）、其软件以及辅助材料。

谢尔盖·格里先科强调：这之所以成为最复杂的阶段，是因为问题不在于更换设备或某个零件，而在于更换结构材料本身。在航空领域，研制出材料只占成功的20%，其余80%是证明其稳定性和安全性。航空复合材料必须在-60°C至+50°C的温度变化中保持性能，承受巨大的动力载荷、雷击和鸟撞。不仅要在最短时间内合成所需聚合物，还要让数千件试样通过多级台架试验、静力试验和寿命试验，才能取得适航合格证。

🔹俄罗斯制造

乌里扬诺夫斯克“航空复合材料”工厂的复合材料机翼生产工艺在某种意义上具有独特性。与波音和空客采用热压罐工艺——在高压下固化已浸渍树脂的预浸带——不同，MC-21采用的是真空灌注法。

自动机器人铺放复杂形状的干态碳纤维带。机器人必须按照极其复杂的数学轨迹铺放数十层干态纤维带，不能出现任何一处褶皱或间隙。随后，预成形体被放入真空袋中，在真空作用下注入树脂，使其充分浸渍整个制品。树脂浸渍过程必须保证在数米长的制品内部不留下任何一个微小气泡。任何空隙都是潜在缺陷。

此后，制品在热炉中进行聚合（固化）。这是一个极其复杂的物理化学过程，要求对温度和压力进行极其精确的控制。为使聚合均匀进行，炉内18米长机翼各部位的温度梯度必须精确到1摄氏度以内。

“今天可以自信地说，复合材料机翼生产方面已经实现了技术主权。聚丙烯腈——即基于丙烯腈的聚合物——已实现批量生产。这是用来纺制特种纤维或丝束、进而制取碳纤维的原料。国产聚合物树脂基体也已研制成功。”专家表示。

MC-21这一大型项目对整个经济发挥了强大的技术牵引作用。从零起步建立的高强复合材料产业如今不仅服务于航空。这些材料已用于风能领域——制造风力发电机叶片；用于造船业——制造轻型客运双体船和新一代船体；用于航天领域——制造运载火箭整流罩和卫星部件；还用于体育器材生产、医疗（假肢）和汽车制造。

谢尔盖·格里先科总结道：这个项目表明，当国家面临超高难度任务时，我们的工程学派有能力从零开始创建一个高技术产业。这一积累将在未来数十年持续发挥作用。配备完全俄产‘黑翼’的MC-21飞机已经建成，顺利完成了飞行试验循环，证明国产材料不逊于国外材料，在某些参数上甚至更优。当前的主要任务是扩大批生产规模。”。