从原料到MC-21机翼：俄罗斯已建成完整的复合材料产业链
2026年5月12日，，俄罗斯航空网站aviation21.ru报道，中程干线客机MC-21的复合材料机翼采用俄罗斯国产复合材料制成。2022年12月29日，俄罗斯联邦航空运输署向“伊尔库特”集团颁发了型号设计重大更改批准，涉及PD-14发动机和采用国产复合材料的机翼。
2026年2月，航空运输署还批准在垂尾和平尾盒段的主要受力构件中使用俄罗斯国产聚合物复合材料（PCM）。这一决定巩固了国产复合材料在尾翼结构中的应用，实际上为关键机身部件上替代国外材料的工作画上了句号。
MC-21项目同步推进自有碳纤维织物和基体树脂的研发工作，早期曾与进口国外产品并行开展。最初阶段对Hexcel公司的材料进行了试用，随后碳纤维供应商选定为比利时Solvay公司的美国分部。2018年后，由于该产品供应中断，导致MC-21的生产陷入长时间停顿，国产复合材料的相关工作随之加速推进。
MC-21结构中的聚合物复合材料占比达30-40%。受力最大的部件包括机翼盒段、中央翼和增升装置组件。盒段由上、下壁板以及承受主要载荷的翼梁组成。复合材料的使用使得飞机的气动特性得到显著提升。
与铝合金相比，碳纤维增强塑料刚度更高，受载变形更小。其应用可使机翼展弦比达到11.5，而采用金属机翼的同类型窄体客机这一指标通常不超过10。MS-21超临界翼型薄机翼的大展弦比可降低诱导阻力，诱导阻力在机翼末端因涡流形成，在巡航速度下尤为明显。
结构重量的降低和气动效率的改善，进一步影响了燃油消耗。据估算，与同级别国外机型相比，其燃油消耗可降低多达8%。对于航空公司而言，这意味着在航程和商载相当的情况下，运营成本得以降低，中程航线航班的经济效益得以提升。
MC-21结构的受力部件采用俄罗斯国家原子能公司旗下复合材料事业部UMATEX生产的UMT系列碳纤维。批产牌号主要使用UMT40、UMT45和UMT49，其拉伸强度为4.0-4.9 GPa，拉伸模量为260 GPa。对于刚度要求更高的部件，则使用高模量纤维UMT400、UMT430和UMT530，其拉伸模量达400-530 GPa。
复合材料壁板和翼梁的铺层采用数种类型的织物。各向同性的斜纹织物形成0°/90°方向的垂直铺层。单向织物在单一方向上含有超过85%的纤维，用于承力缘条。ACM系列多轴向织物含有预先按不同角度定向的铺层，可缩短复杂部件预制体的制备时间。
机翼盒段的生产由位于乌里扬诺夫斯克的“航空复合材料”公司使用非热压罐真空灌注工艺进行。“航空复合材料”公司与包括莫斯科国立大学专家在内的科研团队共同合作，根据具体结构设计要求和自身的灌注工艺，对UMATEX纤维和树脂进行了遴选、适应性改进和鉴定。干态碳纤维织物铺覆到模具中，然后放入真空袋，在真空压力下吸入聚合物基体树脂。
在力学性能方面，俄罗斯国产材料与先前使用的外国同类产品水平相当。强度为4.9 GPa的UMT49纤维与东丽T700S性能相当，而在弹性模量方面，俄罗斯牌号更胜一筹——260 GPa对230 GPa。更高级别的东丽T800S则对应着俄罗斯国产碳纤维系列未来的发展方向。T800S的强度达到5.49 GPa，模量为294 GPa，为达到同等水平，俄罗斯正在扩大高模量纤维的生产。
UMATEX公司的专家已研发出强度高达5.2 GPa的超高强度碳纤维。该生产技术已在阿拉布加投入应用。基于这种新型纤维和基体树脂，已制成预浸料，用于MC-21受力部件的制造。
在中央空气流体动力学研究院的试验中，采用国产材料制成的机翼盒段承受住了超过设计值150%的静载荷。换言之，结构在达到设计载荷的2.5倍时仍保持了承载能力。取得这一结果，不仅得益于纤维的性能，还得益于材料的处理工艺、基体树脂的参数和铺层的方案。
该项目的生产协作由多家单位共同参与。UMATEX负责生产碳纤维、织物、无捻粗纱和预浸料。“阿拉布加纤维”企业（鞑靼斯坦共和国“阿拉布加”经济特区）已建成年产超过1400吨的碳纤维及其关键中间体原料——聚丙烯腈（PAN）前体生产线。位于新乌拉尔斯克的碳纤维及复合材料厂专门生产高模量牌号。基体树脂（环氧树脂）的研发工作有莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的专家参与。
碳纤维复合材料进口替代计划，已成为成功实现从建立原料基地（PAN前驱体）和碳纤维，到制造大型承力结构的全技术链条闭环的一个范例。在力学性能上，俄罗斯国产碳纤维已达到世界领先工业材料的水平。
