距離國產大飛機投入使用，只有一步之遙了。
上海兩會期間，上海市政協委員、中國商飛公司總會計師吳永良表示，C919目前處于適航取證階段，預計將在2022年完成交付。
C919是中國首款完全按照國際先進適航標準所研制的單通道大型客機，擁有完全自主知識產權。其機頭、機身、機翼到翼吊發動機等設計均由中國自己的團隊完成。在大型客機整體機型設計的關鍵技術上，C919實現了100多項攻關突破，其背后，是無數中國科學家數十年的心血。
自國務院成立大型飛機重大專項領導小組起，C919等國產大飛機研制已走過15年，距離上世紀的大飛機項目“運10”，更是過去了50年。
近日，兩位參與過國產大飛機研發的院士罕見地參加了同一檔科普節目。在抖音與中國科協“科創中國”聯合出品的《院士開講》中，中國科學院院士曹春曉和中國工程院院士王華明科普了應用在C919制造中的鈦合金應用和金屬3D打印技術，讓我們看到了國產大飛機背后技術攻堅的艱辛過程。
給國產大飛機換上鈦合金
曹春曉跟國產大飛機的淵源可以追溯到50年多前。
上世紀七十年代初期，大型噴氣式客機“運-10”研制計劃啟動。當時曹春曉還不到40歲，在北京航空材料研究院工作，研究航空用鈦材料。中國在航空用鈦領域比國外落后了12年，但發展很快。1973年，他接到任務，參與研制渦扇8發動機的研制，涉及59種鈦合金零件。
經過幾年的協同作戰，曹春曉等人研制出10臺渦扇8發動機，并經受了試車實驗。1980年，運-10首航成功，最大起飛重量為110噸，讓中國成為世界上第五個研制大型噴氣式客機的國家。然而，6年之后，運-10因為種種原因下馬，沒能投入商用。
這一度讓曹春曉遺憾不已。“對于我們這些航空材料人來說，誰不希望能坐上自己設計和制造的大型客運飛機呢？”
大飛機的夢在26年后重新得以延續。
2006年，國務院批準成立大型飛機方案論證委員會，曹春曉是唯一從事航空材料研究的委員。國產大飛機項目啟動后，曹春曉擔任專家咨詢委員會委員，奔波于全國各地。大飛機項目涵蓋民用和軍用機型，民用客機代號就是C919。
飛機的自重越少越好，飛機自身的重量占它整個起飛重量的百分數，稱為“飛機的結構重量系數”。過去七十年，沒有一架飛機的結構重量系數低于27%，就是受制于大型構件的性能和大型構件的制造能力。鈦合金材料成為其中的關鍵。通過鈦合金材料和鍛造技術的提升，可以減輕飛機的結構重量，提升其競爭力。
如今，對經濟性要求更高的C919，鈦合金用量達到8%，與美國波音777的7.5%用量相當。大飛機的制造離不開對技術要求極高的大鍛件。在《院士開講》欄目中，曹春曉展示了一個用于C919的鈦合金鍛件接頭，這個名為TC4的接頭，重量為600公斤。為了制造類似的鍛件，中國建設了世界上壓力最大的8萬噸液壓機。
來源：抖音《院士開講》第五期
2015年11月，擁有我國自主知識產權的C919在上海總裝下線，正式向全球公開亮相。曹春曉在現場激動不已，四十多年的夢想終于成真。
2017年5月5日，C919大型客機在上海成功首飛。2021年3月，C919拿下首單訂單。截至2022年初，C919已經拿下815架訂單。
曹春曉院士（左四）在C919下線現場
彎道超車的3D打印技術
作為改革開放后走上科研崗位的中堅力量，王華明院士致力于用3D打印技術解決材料鍛造難題，對于國產大飛機的研制也發揮了關鍵作用。他今年50歲，已經在金屬3D打印領域鉆研22年。
“3D打印”在業界有更學術的名稱：增材制造。這項在1980年左右誕生的制造技術，得益于計算機的發明，使制造過程變得數字化。而其原理，就是把零件切分成無窮多的平面，把三維的復雜零件當成二維的平面問題來做。
所謂的“增材”，就是一層一層地往上增加原料來做成新的材料，就像高等數學里的定積分。增材制造，就是把粉和絲這樣的原料，通過熔化的過程，完成合金化，完成凝固，完成材料的制備，與此同時，塑膜直接變成零件，材料制備的過程本身就是制造復雜零件的過程，中間不再需要有傳統的冶金工業，傳統的鍛造工業過程。
來源：抖音《院士開講》第九期
王華明院士團隊研發出的激光增材制造技術，為國產大飛機和新型戰斗機提供了關鍵受力大型部件。“我們團隊真正瞄準的核心，是如何控制微區冶金這個過程，能做出高品質的材料，能讓材料的性質發生質的變革。”王華明說。
在《院士開講》中，王華明還分享了一次攻堅經歷。美國等國外技術團隊率先嘗試用增材制造的方法制造鈦合金構件，結果疲勞性能不夠，嘗試了很多辦法還是未能改善，在2005年左右放棄了這條路。而王華明的團隊繼續堅持，雖然起步晚于國外，最終卻做出了可以用于大飛機的關鍵構件。
來源：抖音《院士開講》第九期
從2007年起，王華明團隊就已制造出許多非常復雜的構件。“以前我們總師們很頭疼，他可以設計出非常好的結構，但我們搞制造的干不出來，現在你就可以把這個約束取消掉，自由地設計，我們想辦法去做，當然我們可能永遠跟不上設計師的步伐，但是你可以放開，你們至少有很多余地會改善。”王華明院士說。
拿C919來說，機頭主風擋窗框就是王華明院士團隊研發的。這種部件尺寸大、形狀復雜，國內飛機制造廠的傳統方法無法制作。歐洲一家公司可以制作，但周期漫長，需要兩年時間才能交貨，而且價格高昂，僅每件模具費就要50萬美元。
2009年，王華明團隊利用3D打印技術，耗時55天做出了C919機頭鈦合金主風擋整體窗框，成本不足歐洲鍛造模具費的十分之一。
王華明團隊通過和沈陽飛機設計研究所等機構的密切合作，在大型關鍵構件的制造上，已經取得了質的突破。除了省去模具、傳統鑄造鍛造外，由于把三維問題當成二維來做，零件的大小、形狀、尺寸，不再受制約，理論上不再受到制約。
“它將會改變未來裝備的結構，也許會改變未來裝備性能，也許一個飛機需要3萬個零件，自重好幾十噸，現在有了3D打印之后，幾萬個零件，也許變成2000個零件，數量已經大幅度減少。通過打印高品質的材料，強度在提高，自重也在減輕。”王華明說。
來源：抖音《院士開講》第九期
科普和科研同樣重要
除了機身，發動機也是鈦合金應用的重要場景。航空發動機被看作是大型運輸機和戰斗機的“心臟”。在《院士開講》中，曹春曉透露，“等長江渦扇發動機研制正式成功以后，也會用到我們這個C919上面。” 長江1000渦扇發動機的鈦用量已經達到23%。
在《院士開講》的最后，作為新中國成立后的第一代科學家，曹春曉院士表達了他的愿望：“第一個愿望是希望（使用鈦合金材料）的新型國產飛機能夠早日投入使用，第二個則是未來還能做出質量更高的國產（航空）發動機。”
來源：抖音《院士開講》第五期
曹春曉院士表示，國產大飛機之路還很長，需要更多人參與進來。對此，王華明也深有同感。“要做大事情，你一個人是做不成的，要沉下心來，不要想著干每一份事情都要有一個眼前的這種利益，可能你需要合作，需要有個團隊，不同的人在一起，干驚天動地事，做隱姓埋名臣，也許就是這么一種結果。”王華明說。
兩位院士給出的一個答案是科學知識普及。在他們看來，科普和科研同樣重要。王華明院士曾參加央視《開講啦》等科普節目，這次參加由抖音和中國科協“科創中國”聯合出品的《院士開講》，也是希望與更多年輕網友進行交流。
目前，曹春曉和王華明院士的兩期內容已經在抖音、今日頭條、西瓜視頻上線，并吸引了上千萬人次觀看。
王華明院士的講述很生動，將3D打印的過程比作“揉面”。而曹春曉院士很擅長與年輕人進行互動，雖然已是87歲高齡，卻依然關注很多年輕人關心的話題，比如科研院系的男女比例，或是熬夜和加班問題。通過這些科普內容，越來越多的年輕網友開始對航天航空行業有了興趣。
《院士開講》抖音主頁及部分內容
