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国内外航空轮胎市场现状

来源: 本站   时间:2017-06-26 作者: 苏博 李玉庭 周蒙蒙  

一、航空胎的市场分析

航空轮胎在国民经济中有着不可或缺的地位。航空轮胎是技术密集型、资本密集型产业,具有产品技术性能复杂、对技术和设备依赖程度高、研发人员在职工中所占比重较大、需要较多资本投入等特点。

航空轮胎是轮胎产品家族中的一个特殊分支,是航空业腾飞的伙伴。除了滑撬式起落架直升机和部分水上飞机之外,航空轮胎是所有飞机不可或缺的部件。航空轮胎通常有三大功能:⑴承载飞机在地面时的全部重量,缓冲飞机起飞、降落和滑行时产生的振动和冲击;⑵辅助飞机在地面上滑行;⑶飞机在地面上最主要的操纵系统,向跑道传递制动力,为转向提供侧向力。

与汽车轮胎相比,航空轮胎具有如下五大基本特点:负荷大,速度高,充气内压高,下沉率大,短时、间歇使用。由于飞机起飞时速度高(高原航空轮胎起飞速度已达到450km/h以上),轮胎单胎载荷高(目前部分轮胎的单胎载荷已达30吨以上),飞机要在几十秒钟内起飞,轮胎承受着极高的加速度而高速运转,轮胎的滚动惯量和临界速度发挥得淋漓尽致,此时轮胎的温度快速升高,某些情况下温度高达140℃以上,因此,航空轮胎既要具有良好的高速性能又要具有良好的耐高温性能,这是保证飞机安全起飞的首要条件。

飞机着陆时,航空轮胎承担着飞机的全部载荷和高速冲击载荷,由于轮胎是一个由橡胶和骨架材料组成的较强的弹性体,具有较好的变形能力,能较好的吸收这些冲击动能,而此时刹车又通过轮辋将动能传给轮胎,从而使轮胎剧烈升温,轮胎需经受这一严峻的考验。轮胎胎体需具有较好的耐高温性能和较高的安全系数,才能保障飞机的正常安全着陆。

通常飞机是由停机坪滑行到起飞跑道上再进行起飞,飞机着陆后,又需从跑道滑行到停机坪,这期间的距离有的长达数千米,滑行速度通常在45km/h~64km/h。因此,要求航空轮胎不但在高速时表现优越,而且在低速时具备良好的抗疲劳性能和胎圈部位耐高温性能。这对航空轮胎是一个极大的考验。

除上述主要性能外,航空轮胎还具有良好的导静电、耐低温、抗臭氧和耐磨性能,这些可靠的性能安全地保障了航空轮胎的正常使用。航空轮胎出色的载荷系数,即承受载荷/轮胎重量可达350以上。轮胎的下沉率可达35%,这是其他地面轮胎无法比拟的。这些优越的性能决定了航空轮胎的高技术产品属性,也是飞机安全起飞、着陆、滑行的可靠保证。

综上所述,为了保证飞机安全起飞、着陆、滑行,航空轮胎必须同时具备赛车轮胎的速度能力、巨型工程轮胎的负荷能力。由于航空轮胎的特殊性,其制造、销售、质量控制都有着一套与汽车轮胎完全不同的运作模式和管理体系。除了上述特点外,航空轮胎的特殊性还表现在其产业集中度较高,关键技术掌握在国外少数几家航空轮胎企业手中,市场容量不大,技术要求、安全要求苛刻,市场准入门槛高等。

航空轮胎还是一种战略物资。军用飞机没有轮胎就不能起飞、降落,无法执行作战任务。民航飞机不仅是国民经济发展不可或缺的重要手段,而在战时,民航飞机可以迅速转化成重要的运输能力,因此,民航飞机更是一种重要的战略资源。

(一)世界航空轮胎工业的现状及发展

据报道,截止2012年底,全球在役的商用飞机(民用客机和民用货机)共计24350架,其中北美地区所占的市场份额最大(33%),其次是欧洲(26%)、亚太地区(24%)、南美(8%)、非洲(5%)和中东(4%)。截止2016年底,我国民航大型运输机2170架,占全球商用飞机总量的8.9%,与我国的综合国力的经济地位不相适应。

1、企业产能与分布

至2016年底,全球有以法国米其林集团公司、美国固特异轮胎橡胶公司、英国邓禄普航空轮胎公司、日本普利司通公司为代表的航空轮胎生产企业共17家,总计22个航空轮胎厂,分布在美国、法国、英国、日本、俄罗斯、中国等12个国家。其中,米其林有3个生产厂,固特异、邓禄普航空轮胎公司、普利司通各2个,韩国锦湖轮胎公司等11家企业各1个。(见表1)。

                        

从表33可见,17家航空轮胎生产企业中,有8家为全球轮胎75强企业,其中3家(普利司通、米其林、固特异)位居全球轮胎前3名。

与汽车轮胎相比,航空轮胎属于小众产品,其全球年销售收入约占轮胎总销售收入的3%~5%。大部分工厂出于生产规模以及合理利用水电风等考虑,在项目投资时往往同时上其他品类轮胎,如轿车轮胎、轻卡轮胎、卡客车轮胎、农业轮胎、摩托车轮胎、工程机械/OTR轮胎、工业轮胎、赛车轮胎等生产线。除邓禄普航空轮胎公司外,全球17家航空轮胎生产企业中有16家是多品类混搭建厂生产。全球航空轮胎生产厂综合产能及其分布(见表2)。

                        

                            

说明:1=轿车轮胎,2=轻卡轮胎,3=卡客车轮胎,4=农业轮胎,5=摩托车轮胎,6=工程机械/OTR轮胎,7=工业轮胎,8=航空轮胎,9=赛车轮胎,R=子午线结构,X=斜交结构。

注:国外企业数据来源于美国克雷恩传媒集团公司《2016年全球轮胎报告》,我国企业数据由该企业提供。

据统计,2009年底,全球共有航空轮胎生产企业18家,总计23个航空轮胎厂。2010年前后,生产航空轮胎多年的两家企业——日本横滨橡胶公司和俄罗斯JV Matador公司先后退出航空轮胎生产领域;印度MRF公司安得拉邦Arkonam工厂航空轮胎项目投产,为国内航空公司和军工企业提供航空轮胎和直升机轮胎,成为航空轮胎领域的新加入者。另一方面,航空轮胎工厂规模的两极分化现象加大,大型厂由上世纪3000套/天(100万套/年)扩大到6000套/天(200万套/年),中小型厂规模则保持10万套/年不变。上述迹象表明,全球航空轮胎产业集中度进一步提升。

2016年底,全球航空轮胎实际年生产能力大约为1400万套。横滨橡胶公司和俄罗斯JV Matador公司退出航空轮胎生产领域所减少的产能,由米其林北美公司、固特异公司、俄罗斯Mitas公司等提升的产能得到了补偿,全球产能保持稳定态势(见表3)。

                           

注:数据来源于美国克雷恩传媒集团公司《2016年全球轮胎报告》。

2、产品品种与结构

目前航空轮胎品种有低速胎、高速胎、低压胎和高压胎4种。低速胎是指滑行速度小于或等于193km/h的轮胎,高速胎是指滑行速度大于193km/h的轮胎,低压胎是指轮胎充气内压小于或等于686kPa的轮胎,高压胎是指轮胎充气内压大于686kPa的轮胎。充气内压达到981kPa以上的航空轮胎,通常称为超高压轮胎。低速胎和低压胎一般在通用航空领域应用较多,高速胎和高压胎在军用、商用大中型飞机上应用较多。超高压轮胎通常应用于重载、高速、长距滑跑或高原起降的使用条件。

航空轮胎类型分为有内胎(TT)轮胎和无内胎(TL)轮胎两种。

按轮胎结构划分,航空轮胎可分为斜交轮胎和子午线轮胎两种。航空子午胎是斜交轮胎的升级换代产品,优势明显。主要体现在6个方面:⑴ 耐磨耗。相同机型和规格的航空子午胎起落次数比斜交轮胎多40%左右。⑵ 工作温度低。轮胎75%的重量由橡胶、帘线构成,生热是橡胶、帘线老化的主要导因。航空子午胎胎体薄,散热快,可延长轮胎寿命。⑶ 轻量化。航空子午胎的重量比斜交轮胎轻10%以上。用子午线结构取代斜交结构时,航空轮胎规格越大,重量减轻越多。⑷ 改善操作性。航空子午胎的滚动中圆度好,使操纵灵敏度提高5%~15%,制动效率提高10%。⑸ 可靠性高。航空子午胎抗刺扎、耐切割,防爆破性能好;抓着力大,抗侧滑;缓冲性能好,减轻振动对机械部件的损坏。⑹ 经济性佳。航空子午胎的滚动阻力比斜交轮胎低30%,可节油10%以上。

在航空轮胎产品中,目前斜交结构占60%,子午线结构占40%。全球航空轮胎总体子午化率(军用、民用新老机型一起统计)约为40%。同时呈现地区性不平衡,其中欧洲、美国、日本等发达国家和地区子午化率超过80%,其他国家,如中国、俄罗斯则低于40%。另一方面,近年来,航空轮胎总体子午化率正处于上升通道,呈逐年增长态势。

随着子午线结构的航空轮胎越来越受到市场的认可,航空轮胎企业开始逐渐淘汰航空斜交轮胎产能,并增设航空子午胎生产线。以米其林为例,其在北美地区的航空斜交轮胎产能已由2005年的22.8万套削减到3.5万套/年。与2000年相比,目前固特异在美国的航空子午胎生产能力已经提高了7倍。

在积极推广子午胎技术的同时,航空轮胎企业坚持对斜交轮胎进行可靠性改进,努力提高综合性能。米其林、普利司通、固特异均已成功研发采用波形芳纶或钢丝的高强度保护层,用以提高轮胎的抗刺扎能力。如米其林研发成功的NZG轮胎和用作对比的普通航空轮胎分别以低速(20km/h)及高速(324km/h)碾过30cm长锐利钢刃,NZG轮胎无漏气和掉屑,普通航空轮胎爆破,无法参与下一项试验。碾过钢刃的NZG轮胎接着进行3次滑行-起飞-着陆-滑行试验,结果一一顺利通过。2011年,邓禄普航空轮胎公司将波形防护层技术确定为航空斜交轮胎改质技术措施,应用该技术的第一批轮胎在空中客车A400MXX运输机上投入使用。据邓禄普用户评价,应用该技术的斜交轮胎,具有更好的抗外物致损能力,飞机在简易机场起降或紧急情况起降时,能够提供更周到的保护、更强有力的保障。

3、技术水平和研发能力

随着飞机的发展,航空轮胎已由初期满足飞机起飞、着陆、滑行的基本要求,到现今高速、高载、下沉量大、长距离起飞等苛刻的使用条件,航空轮胎工业经历了一次次的技术革命和创新,技术水平不断提升。

(1)轮胎设计方法不断创新。电子计算机技术的普及与应用促进了航空轮胎设计方法创新,缩短了研发时间。国外主要航空轮胎企业将设计理念转化为设计模块,即实现从一个创新概念到一种实用工具的转化,上世纪中叶平均需要8年时间,而目前平均仅需1年时间。国际一流航空轮胎企业拥有完善的计算机辅助设计平台和独具特色的设计模块。

(2)设计工具基于计算机平台。国外现代航空轮胎设计是基于大型计算机辅助设计平台,并引进了许多新技术元素,包括有限元分析、动态模拟、仿真优化,从而改变了轮胎研发过程,节省了时间、成本, 提高了工作效率,尤其是提高了结果可控度。

(3)各有独创的轮胎结构设计理论。国外主要航空轮胎企业一向重视轮胎结构设计理论研究,并各自拥有独创的轮胎结构设计理论。普利司通利用ANSYS、ABAQUS等大型通用有限元软件对轮胎进行静、动态力学模拟分析,经过不断的分析和总结,提出了最佳滚动轮廓理论,随后又提出了最佳张力控制理论;米其林运用同样的方法提出了预应力轮廓理论和动态模拟最佳轮廓理论。这些新型轮胎结构设计理论的提出,优化了轮胎结构,大幅度提高了轮胎的使用性能,为轮胎能很好地满足现代先进飞机的性能要求提供了保障。

(4)先进的工艺装备。近年来,国际上轮胎工业开始了新一轮的技术革命,推出了“全新概念技术”。目前具有“全新概念技术”特点的新技术有米其林C3M技术、大陆MMP技术等。这些技术具有加工精度高、产品一致性好、自动化程度高、生产效率高、节约原材料、降低生产成本等显著优点,这些技术经过改造后也适合应用于航空轮胎工业。如米其林已经将C3M技术应用于航空轮胎制造。除此之外,国外先进航空轮胎企业普遍运用圆形钢丝圈、型胶部件压出、波形冠带层等先进技术,这些技术都需要专门的工艺装备来实现。

(5)分析测试和试验检验设备齐备。米其林和普利司通等企业在新材料运用方面开展了深入的研究,运用帘线弯曲疲劳试验机、高低温拉力机、动态力学分析仪、粘合试验机等骨架材料测试设备,对新型高强力、高模量的轮胎骨架材料进行分析试验。

(6)除常规检测设备外,国外主要航空轮胎企业还自主研发、定制了一些特殊的检测设备。米其林拥有航空轮胎六分力试验台和能够模拟跑道表面散落异物对航空轮胎造成损伤的外物致损试验机;固特异拥有军用航空轮胎海洋环境测试台。美国飞机着陆动力试验场可全面评价航空轮胎在干、湿跑道上的所有表现,其作用类似于汽车轮胎室外道路试验场。国外主要航空轮胎企业都有利用该试验场验证新开发产品的记录。