西城体育网

当前位置: 首页 >CBA

大飞机的大时期

来源: 作者: 2019-11-09 22:16:37

5月5日15时19分。平日异常繁忙的浦东国际机场此时却屏住呼吸,1架在后机身涂有意味天空蓝色和大地绿色的客机,稳健地降落在第四跑道上。

这是一个历史性的时刻,历经9年时间的研制,中国的国产大飞机C919首架机在这一天首飞成功,圆了中国航空工业半个世纪的梦想。

自2008年7月开始研制,中国大飞机项目已走过了整整9年。虽然遭受外界的质疑和延迟,C919的首飞依然奠定了中国民航发展史上一座重要的里程碑。

C919的成功首飞,意味着中国实现了民机技术集群式突破,构成了中国大型客机发展核心能力。这不仅标志着中国具有了一款严格按照先进适航标准研制并以市场成功为目标,具有与现今国际主流竞争机型相当竞争力的大型客机,更意味着中国终于具有了一个国际标准的干线飞机战略发展平台,为持续发展不同种类、不同层级、不同用处的干线飞机,奠定了最为宝贵、也是最为艰苦的第一块战略基石。

尽管C919的核心零部件,比如发动机、通讯导航系统、飞行数据记录系统、起落架系统等仍依赖国外供应商,但整架飞机的设计方案、零部件及系统之间的系统集成属于中国自主知识产权。

围绕C919大型客机,中国基本构成了一整套民用客机研发、设计、制造、验证的标准、流程、工具、方法等关键技术能力。和可以从全球采购的发动机、航电系统等机载装备不同,这些核心能力才是再多的钱也买不来的,这是中国航空工业面向未来、持续发展的宝贵财富。

“C919飞机上有几百万个接口,这关系到液压、航电等多系统之间的关联,绝不是简单拼接,如何关联,就取决于飞机的设计方案,这是属于中国商飞的核心知识产权。”C919飞机总设计师吴光辉说。

价值连城的控制律

从机翼到尾翼,从发动机到方向舵,一架飞机上事关飞行的控制设备有数百个。如何将飞行员的意志转化为飞机飞行的状态,让飞行员像控制自己的身体一样自若地操纵飞机,是航空人孜孜以求的目标。当飞行控制从机械传动过渡到电传控制后,距离这1目标就更加接近。由于可以依托计算机系统的帮助,让飞行员与飞机融为一体。

C919大型客机采用的全权限电传飞控系统,改变了飞行员通过机械设备控制飞机的传统做法,利用计算机经过一系列复杂算法达到操纵飞机的目的,大大提高了飞机的安全性和舒适性。

这一系列算法,就是控制律(control law),是保证飞机系统功能和飞行品质实现的最直接、最重要的关键环节之一。它一直是国外限制出口与转让的关键技术,也是飞机主制造商必须掌握的核心技术。

霍尼韦尔中国研发中心航空航天工程与技术部总经理徐军说,控制律是控制飞机的一套理论和逻辑,也是飞机制造商的核心技术。每架飞机由于外形、结构、布局不同,气动特性也有所差异,因此每一种型号的飞机都需要各自的控制律,同一架飞机在不同模式下也要有各自的控制律,以确保飞机在任何情况下都可以被正确操控并保证安全性。

霍尼韦尔为C919提供的是集成化电传飞控系统,这一飞控系统延续了其用于波音787飞机的技术,并作出针对性的优化与提高。中国商飞的控制律团队,则需要设计出这套逻辑,并通过风洞试验和飞行测试来验证,试验中搜集的数据又可以进一步优化其逻辑。

C919总体气动设计研究部操稳特性与控制律室设计主管王磊说,如果把飞行控制系统看作是飞机的大脑,控制律就相当于飞机的思想。“1架飞机的控制律就反应了一架飞机的思惟模式,智能水平,相当于把飞机从机械体变成了生命体。”

大飞机的大时期

王磊(右2)

一套先进的电传控制律,不但可以充分发挥飞行控制系统的作用和潜力,提高飞行性能,更可以大大提高了飞机的安全性和可靠性。“商飞的控制律团队在这方面做得非常好。”徐军说。

作为大型飞机的核心技术之一,由于控制律技术属于军民通用的技术,因此在美国的高技术制止出口和转让的清单中,仅排在核武器技术以后。据中国商飞一名知情人士泄漏,他们也曾跟国内外合作伙伴商谈过引进这1技术,对方开价相当于10个亿人民币。而在商飞看来,第一是这个价格比较贵,第二因为控制律是核心技术,所以他们决心自己攻克这个技术。

王磊说,这是国内民机行业第一次自主研发控制律,需要斟酌飞机的气动需求、飞控反应、飞机结构弹性,涉及到多个学科的交叉。

“一开始可以参照的资料和可以咨询的专家都很有限,只能从零开始,”,王磊说,他们先要熟悉飞机特性,根据系统需求,开发响应模式,在模拟器上仿真,确认功能是否是正确,让供应商实现算法,驻留在飞控计算机中。

这个只有2三十个人、平均年龄三十岁左右的团队,用了不到5年时间就攻克了这1难题。

实际上在首飞前,控制律团队已进行大量试飞演练。例如滑行实验、抬轮实验。他们曾约请国内外30多名飞行员和试飞员进行测试,系统是不是存在“飞行员引发震荡”问题,这是由于飞行员操纵和飞机的响应不同步所导致的一种状态,极有可能造成空难,结果发现,不存在这种趋势。

2017年3月至2017年4月23日的两个月时间中,操稳控制律作为滑行与首飞的重点监控专业,时刻监控着滑行的实验安全,特别是4月23日的抬前轮实验前,操稳控制律团队更是与机组反复讨论抬前轮试验方法,充分调研国内外专家意见和ARJ-700飞机的首飞经验,终究肯定了目标速度减推力后进行抬前轮操纵的方法,充分保障了抬前轮的离地风险。

3鸟同飞

2016年6月20日下午,综合航电试验室工程驾驶舱前云集了来自中国商飞上海飞机设计研究院(下称上飞院)各部门、试飞中心、客服中心的干部职工,正耐心等待3鸟联合预实验的正式开试。16时整,C919总设计师吴光辉亲身坐到工程驾驶舱上体验“首飞”,随着试飞员前推油门,40节、90节、140节,只见前方视景系统显示:C919飞机轻盈抬头,一跃而起,冲向蓝天。

同时,监控视频实时显示铁鸟平台上的方向舵、副翼、襟缝翼等运动舵面跟随试飞员的操作,应时偏转、收放自若。随着飞机到达预定高度,起落架有力收起,在场参试人员发出阵阵喝彩。

大飞机的大时期

这表明航电、飞控、液压、起落架等真实系统和发动机、燃油、环控等模拟系统交联状态良好,标志了3鸟联合试验取得了阶段性的进展,为全面展开基于飞行剖面的飞机级集成试验平铺了道路。

3鸟联合实验是全机集成实验的最后一关,也是国内飞机级集成实验的首创。“每一个飞机型号在研制阶段都要展开大量系统集成实验,都有属于型号独有的系统集成试验室,试验室的集成程度及仿真程度直接决定了实验验证水平。”C919副总设计师黎先平说。

在传统飞机研发流程中,各系统、各层次、各阶段实验验证工作较为独立,没有从全机角度系统验证飞机是否是符合设计需求。为尽量将问题留在地面,最大限度地下落试飞风险和试飞成本,波音空客等国际主要飞机制造商,经过几十年的探索,在试验室建设和试验仿真能力方面取得了很多突破。

波音公司在研制波音777之前,一直通过试飞飞机进行系统集成实验,致使飞机投入商业运营后,其设计无法冻结,小的更改和修正仍时有发生。在波音747-400的研制进程中,他们发现试飞阶段才进行系统集成实验耗资巨大,因此在777项目上提出“服役就绪”的承诺,即飞机首次交付后即可确保运行安全并实现高利用率和成本效力。

他们为此建立了系统集成实验室(SIL),这近似于1架没有座椅和蒙皮的飞机,并安装了全套试飞测试系统,该实验室在1993年实现全部功能,1年后波音777首飞,SIL作为“准试飞飞机”功不可没,每小时实验成本只有真实试飞的三分之一。

在空客研制A380、A350进程中,系统集成测试平台被称为“号飞机”,不但可以进行完全的系统集成实验,还可以展开飞行操作测试和机组熟悉培训,并发展出虚拟首飞、虚拟试飞等实验手段,现在发展更高层级、更高仿真度的地面试验验证,已经成为新机研制的必备环节。

在中国商飞,这个实验平台被叫做三鸟联合实验。

由于这1平台上结合了“铁鸟”、“铜鸟”和“电鸟”。

铁鸟全称“飞控液压系统综合实验台架”,依照真实飞机1:1的比例来设计,使飞控、液压、起落架系统的机械安装接口和飞机一样。通过实验,一方面确认系统的功能,另一方面“暴露”设计中可能存在的问题。

除开展飞控系统实验的“铁鸟”,还增加了“铜鸟”、“电鸟”,分别展开电源系统实验、航电系统实验。

为验证飞机级功能和需求的符合性,中国商飞参考波音、空客等型号经验,提出展开飞机级联合试验,也就是将铁鸟与“铜鸟”和“电鸟”相互交联,在试验室环境下尽量真实地摹拟C919飞机的各项飞行任务。

3鸟联合实验,可以说是当今世界最先进的实验平台之一。当然和波音、空客最新的实验设备相比,后者已可以将“3鸟”整合到一个台架里,而目前C919的实验平台还是在三个台架上,虽然没有实质性的差别,实验的效率还有提高的空间。

柔性制造

在飞机的制造工作中,装配工作量占总工作量的40%-50%,严格来说,飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术条件进行组合、连接的进程。C919的装配已经从过去手工、半机械自动化装配,进入了国际最先进的柔性数字化装配进程。

大飞机的大时期

20世纪90年代以后,随着航空产品数字化定义与虚拟设计技术的发展,国外先进航空企业提出了飞机柔性装配技术这一概念。它是以数字化柔性工装为装配定位与夹紧平台,以先进的数控钻铆系统自动连接,以激光跟踪仪等数字化丈量装置在线检测,在数字化装配和数控程序驱动下完成飞机的自动化装配。

2009年,大型客机C919研制工作全面展开,实现了民机机体结构装配工艺流程的数字化、自动化、智能化设计,集成研制了自动化钻铆设备、机身大部件自动调姿装配系统、自动导引运输系统(AGV)、柔性工装等自动化/智能化装备。C919大型客机平尾、中央翼、中机身、全机对接及总装移动生产线,建成以自动化、数字化、智能化装配及管理为特点的机体部装、总装数字化车间。

C919飞机部装车间的4条生产线水平尾翼、中央翼、中机身及全机对接生产线均采取了自动化设备及柔性工装。

遭到飞机结构开敞性、工艺性要求等限制,部分结构的装配的仍然采取手工装配,包括制孔、去毛刺、涂胶、铆接/螺接等。

中国商飞质量管理部副部长钱倩倩说,在数字化装配上,C919已比ARJ21上了很大的台阶,在布装和总装上已跟波音空客同一个水平上。“当年对产品的判断更多是定性的,好不好,现在更多的是数字化控制,对零件的判断是定量的,超差测量可以到达微米级别,对后面的工作有很大的指点作用。”

体能测试

在C919飞机全机各部段中,机身装载着全部的人员和货物,以及大量装备、燃油等,机身结构的强度直接关系到飞机的飞行安全,是全机实验考核的重中之重,而机身结构加载是不是真实、准确,直接关系到实验考核的质量。

静力实验被形象地称为飞机的“体能测试”。飞机的体格够不够强健,设计指标是否合理,常常能通过静力实验进行反映——通过束缚装置和载荷加载系统,摹拟飞机运行中所受的空气动力、发动机推力、地面起落架反作用力等载荷和其他环境条件,验证飞机结构能够满足运行过程中可能遇到的所有载荷情况下的强度要求。

“强度是保证飞机安全的最后一道关。”上飞机院强度部副部长朱林刚举例说,“比如一把椅子,我们就是要算能坐多少人不会坏,我们要保证材料用的越少、越轻越好,既满足设计指标,又满足要求。”

静力试验的主要目的是要验证飞机结构的刚度、强度等指标是不是符合飞机的设计标准,强度是指结构承受载荷时抵抗破坏的能力,刚度是指结构在载荷作用下抵抗变形的能力,对确保飞机的安全性有着重要的意义。

为确保首飞万无一失,大型客机必须完成增压舱增压、前起连接、主起连接、全机情况、垂尾和方向舵等一系列静力实验。一般情况下,飞机首次飞行不会飞出大机动和大过载,也不会冲出飞行包线之外,通常机体的最大载荷不超过使用载荷的67%。通过全机静力实验考验的现代客机,首飞成功才有保障。

强度实验

在开始实验前,需要进行强度计算,判断飞机的结构是不是公道,哪些地方比较脆弱。在C919大型客机强度计算中,除使用国际通用的自然网格有限元计算模型外,还运用1500万级精细化有限元模型进行补充,相当于把飞机上每一颗铆钉都列入模型,大大提高了计算的精度,也让强度实验更有把握。

全机地面共振试验是上飞院强度部承担的一项大型实验,是保证C919首飞及后续试飞安全的一项重要试验,主要目的就是取得飞机的固有振动特性,修正和确认C919飞机全机结构动力学模型,为飞机的首飞提供根据。

由于本次实验要求模拟飞机空中的自由状态,现有的空气弹簧系统无法满足实验的支托要求,上飞院研制了一套C919飞机专用的空气弹簧支托系统,具有高压、低刚度、大位移、多自由度四大特点,可以通过计算机自动控制3点同步升降,并大大降低了飞机支托的风险,具有极高的安全性和可靠性,同时提高了大型飞机的支托效力。

2017年1月7日--25日,经过十多天的昼夜的连续奋战,安全、优良、提早完成了实验任务。为飞机的顺利首飞提供了保证。

首飞成功后,一个个静力试验项目将接踵而至。1架客机的静力试验项目达20多项,持续时间较长,被称为飞机实验中的“马拉松”。其中,2.5G全机稳定俯仰静力试验是难度最高、风险最大的项目之一。它摹拟飞机遇上了突风、紊流的攻击,飞行员情急之下操作过猛,致使飞机承受大于2.5倍的极限载荷。实验除显现这惊险的情形外,还需延续三秒钟。一旦操作不当,极容易失败,前功尽弃。

在ARJ21支线飞机的研制进程中,2009年底进行“全机稳定俯仰2.5G静力实验”时,加载刚刚接近90%,就出现主要受力结构件折断,使这次实验归于失败。说明ARJ-21的部分主要结构件没有到达适航标准的最低要求,不得不在机体结构得到加强之后,重新进行试验。

而在C919项目上,他们充分吸取了教训。

“2.5g的静力试验,我们是最紧张的,由于没有第二次机会,飞机坏了就是坏了。结果从数据上看,破坏时刻,破坏位置,破坏形式,跟我们预计的如出一辙。”朱林刚介绍,在今年二月份他们完成了首飞前需要完成48项实验,包括空中和地面需要承受的最严酷考验,“相信我们飞机是安全的”。

产业龙头

联合国相干数据显示,向航空工业每投入1亿美元,10年后航空及相干产业能产出80亿美元。比如中航工业哈尔滨飞机工业集团公司与巴西航空工业公司合资制造ERJ145支线飞机,2003年总投资0.25亿美元,2010年年底前共交付66架,总价值约13亿美元,七年间的投入产出比已达50倍。

民机单位重量的产出价值也较一般产品高很多。如果船舶的单位重量创造的价值为1,那末小汽车为9,电子计算机为300,喷气客机为800,民机则高达1400。在美国,出口1架波音747客机,可以弥补进口12000辆小汽车造成的贸易逆差。

大飞机项目具有产业链长、关键度高、辐射带动作用大等特点,中国的大飞机项目几近整合了中国国内民用航空工业研发制造的主力军。

根据中国商飞的统计,国内有22个省市、200多家企业、36所高校参与了大型客机研制,包括宝钢在内的16家材料制造商和54家标准件制造商成为大型客机项目的供应商或潜伏供应商。中国商飞公司还与中航工业等6家央企签订战略合作协议,与国家7家主要银行建立战略合作关系。

C919首架机机头、前机身、中机身、中央翼、中后机身等九大部段由中航工业西飞、成飞民机、沈飞民机和洪都航空等国内航空工业企业制造,通过舱门、灯具这些产品,也让升了西子航空、彤明灯具等民营公司进入民机行业。

而且,在C919大型客机项目实行进程中,中国商飞公司选择GE、霍尼韦尔、CFM等16家跨国公司作为大型客机机载系统供应商的同时,推动这些国际供应商与国内企业展开合作,组建了16家合资企业,通过技术转移、扩散、溢出,显著提升了中国民机产业研发与制造的整体水平。

C919首飞后,即将面临的就是复杂的研制试飞和严苛的适航认定进程。试飞科目总计729项,计划用4200小时,2282架次完成,将投入6架飞机进行科研取证试飞,全面展开失速、动力、性能、 操稳、飞控、结冰、高温高寒等科目试飞。同时有两架地面实验飞机分别投入静力实验、疲劳实验等实验工作。第二架试飞飞机计划在今年下半年完成首次飞行。

按照中国商飞的计划,C919取得适航证后才会批量生产,希望前期每一年生产20架,以后50架,到2020年将具有150架C919大型客机和50架ARJ21-700飞机的年批生产能力。

目前,C919已获得全球23家用户的570架订单,买家主要来自国内,其中国航、东航、南航、川航、河北航空、幸福航空均订购了20架飞机,来自德国的普仁航空和泰国的都市航空各订购了7架飞机。

中国的C919什么时候能打破波音和空客的空中垄断,取得商业成功,C919副总设计师傅国华说:“期待中国大飞机商业化的心情,大家都很迫切,从国外民机到国内民机的研制经验,我们的目标是用两到三年的时间投入市场。“不过他也表示,一款大飞机的研制和商业化进程不可能一帆风顺,很难有确切的时间表。”

中国商飞公司C919大型客机专家咨询组成员、ARJ21-700飞机原总设计师吴兴世说,在首飞以后,就要开始研制试飞和适航审定试飞工作,取得型号合格证后,就要做好批量生产的准备,同时做好客户服务的各种准备工作。

目前先进的民用飞机在一年以前,会把所有为客户准备的工作做好,这对C919来说还是一个很艰巨的任务。

“需要通过高效安全的飞行记录来进入市场,站稳脚根,在客户服务中间实现发展。这个路还是很长很艰巨。”

加油

苹果

哪里可以买到威尔刚

西地那非吃能坚持多久

新一代伟哥艾力达效果怎样?有依赖性吗?

伟哥副作用多久

相关推荐