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近20万人参与研发、攻克100多项技术,“大国重器”一飞冲天

新京报

2022-09-30 19:26北京

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2022年9月,C919大型客机完成全部适航审定工作后获中国民用航空局颁发的型号合格证,将于2022年底交付首架飞机。C919大型客机研制成功,获得型号合格证,标志着我国具备自主研制世界一流大型客机能力,是我国大飞机事业发展的重要里程碑。

2017年5月5日14时,上海浦东国际机场,一架后机身涂有象征天空的蓝色和象征大地的绿色的客机从第四跑道一飞冲天,其尾翼上标有醒目的“C919”字样。那一刻,发动机的轰鸣声、观礼人群震耳欲聋的欢呼声在空中久久回响。

这架飞机在空中精彩亮相79分钟,尽管时间不长,但它代表着几代航空人经过半个世纪的艰难探索,终于有了一架属于中国的完全符合世界先进标准的大型客机。

C919全称COMAC C919,C取自中国(China)和中国商飞(COMAC)的首字母,第一个“9”寓意天长地久,“19”则代表这款大型客机最大载客量为190座。当“大国重器”C919腾空而起时,这款中国制造的大飞机也将“冲”进国际民航客机制造业市场。

大型客机被认为是现代工业皇冠上的明珠。C919大型客机于2007年立项,2017年首飞,研制过程中,攻克了包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律、主动控制技术、全机精细化有限元模型分析等在内的100多项技术。不包括机载系统,仅大飞机自身的部段、部件,如果全部拆成零件,总共约有100万个小零件。

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2022年9月30日,C919飞机从北京首都国际机场起飞。新京报首席记者 陶冉 摄

具有自主知识产权的大飞机

C919大型客机是我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机。据新华社此前报道,对于大飞机这样复杂的产品来说,整体设计极其重要。没有整体设计,即使把全世界最好的发动机、机身、飞控、电传等组合起来,也得不到一架能飞的飞机。

中国工程院院士、中国商用飞机有限责任公司(简称“中国商飞”)首席科学家、C919大型客机总设计师吴光辉接受媒体采访时曾表示,中国商飞作为主制造商,除了要进行大量的核心技术攻关外,首先要做好飞机总体的顶层设计。“正因为我们自主进行了顶层设计,才敢拍着胸脯说,C919是我们自己的大飞机,绝对的中国制造。”

C919的机体结构主要包括机头、前机身、中机身(含中央翼)、中后机身、后机身、外翼、垂尾、平尾、活动面等部段,由中国商飞公司自主设计,航空工业集团成飞、洪都、西飞、沈飞、哈飞、昌飞,航天特种材料及工艺技术研究所,浙江西子航空工业有限公司等单位共同制造,并由中国商飞公司负责总装。

其中,作为C919大型客机最大的机体结构件供应商,航空工业西飞承担了C919中机身(含中央翼)、外翼盒段等工作包的研制任务,在整个飞机结构中占比超过35%。成飞民机作为C919大型客机机头的唯一供应商,负责机头的研制与生产。中国商飞上飞公司承担C919飞机平尾以及部分中机身(含中央翼)的批产任务,同时负责飞机的部装和总装。此外,沈飞公司承担了后机身的研发,起落架舱门来自哈飞公司,前机身、中后机身来自洪都集团。

在C919的研发过程中,清华、上海交大、北航、西工大等国内36所高校参与开展技术攻关和研发,建立了多专业融合、多团队协同、多技术集成的协同科研平台。中国商飞曾表示,有近20万人参与了大飞机的研发。值得一提的是,除了高校的参与,中国商飞也曾向一线飞行员们征求意见。

民航资深机长、“飞行圈”创始人陈建国和他的飞行员同事们就曾向中国商飞提出了关于驾驶舱研制的20余条建议。陈建国回忆,2015年,他接到中国商飞相关负责人的邀请,“商飞希望中国大飞机拥有更好的驾驶舱操作界面,以前飞机在设计上出现的问题避免在C919上出现,所以向飞行员征求意见。接到邀请后,‘飞行圈’中的1000多位飞行员、技术人员提出了20余条关于驾驶舱的建议。”陈建国说,这些建议主要包括环境控制系统,如出风口的设计、降温设计、驾驶舱内的空气循环,显示屏大小等。

比如波音737NG和737MAX驾驶舱设计的通风口在左侧和右侧,飞行时对着机长身体左侧吹、副驾驶右侧吹,长时间飞行,很容易受凉。所以飞行员希望C919上没有直接对着飞行员的出风口。陈建国还介绍,C919原来设计的侧杆电传和大屏幕显示,也结合了波音737MAX和空客320的优点,这些都符合飞行员的期待。“飞行员的建议,不少得到了采纳。”

2021年10月,陈建国在中国商飞的一次技术交流活动中飞过C919模拟机的起落航线,“飞行的感觉还是不错的。有朝一日,要是能操纵C919飞上蓝天,也是很荣幸的一件事情。”

2022年7月25日,C919飞机进行功能和可靠性科目试飞,飞机从北京大兴国际机场起飞,新京报首席记者 陶冉 摄

大飞机上的高科技

在中国大飞机的研发过程中,一系列高科技得以运用。

《航空知识》杂志主编王亚男表示,C919使用了先进的机体、翼型设计,性能优越的大涵道比涡扇发动机。在飞行员操控方面,C919选用了非常友好的人机交互界面,让飞行员操控得更舒心。在舱内环境营造方面,C919也下了很多工夫,实现让乘客乘坐得更加舒适的目标,舱内噪音的降噪设计达到了国际标准。

记者注意到,C919先进的翼型设计一直备受关注,其最大亮点是中国第一次自主设计超临界机翼就达到了世界先进水平。超临界机翼是一种特殊翼剖面(翼型)的机翼,与传统机翼相比,超临界机翼可使飞机的巡航气动效率提高20%以上,进而使其巡航速度提高将近100多千米/小时。

在C919的研发过程中,以第三代铝锂合金、复合材料为代表的先进材料首次在国产民机大规模应用,总占比达到飞机结构重量的26.2%。记者了解到,C919机身大部段,经总设计师团队分析、比选和反复试验,采用了第三代铝锂合金材料,这在国内尚属首次,这一材料的使用可为飞机实现结构减重,并提高飞机寿命。飞机自重减轻,将有利于提升安全性、经济性,还有利于减排、环保。

此外,C919大飞机的机头也相当“能打”。长度为6.66米的机头部段,包括座舱前风挡、前起舱、壁板、机头地板和应急出口等几大部件。机头选用了4块钛合金蒙皮来增加强度,在抗鸟撞实验中,可以承受2公斤重的飞禽以800公里/小时的速度撞击机头,经查验,没有发现机头有明显缺损。

复合材料在大型民机主承力结构上的应用比例,已成为衡量民机技术先进性和市场竞争力的重要标志。中国商飞于2012年启动了大型民机复合材料机翼研制攻关项目(简称“复材机翼项目”),以C919型号为平台,全面开展复合材料机翼的设计分析、制造装配和试验。中国商飞技术负责人在接受媒体采访时曾介绍,该复合材料机翼项目实现了首次在国内民机重大预研项目中建立复合材料机翼“材料、设计、分析、工艺、装配、试验”全流程;首次按照适航要求开展T800级复合材料高层级“积木式”试验等,在国内民机制造领域实现了零的突破。

C919飞机还搭载了先进的航电系统。航电系统也被称为飞机的神经中枢,主要包括通信、记录、导航、核心处理、客舱、机载维护和信息系统等七大系统。C919在航电系统方面做了大量的改进和创新。

一套先机的航电系统,可以让飞机变得更加“聪明”。据《大飞机报》报道,C919大型客机航电系统以综合模块化航电平台、航空全双工以太网作为数据交换和处理的中枢,包含了综合显示、飞行管理、通信、无线电导航、综合监视、大气数据测量、惯性导航、飞行记录和机载维护等系统功能。此外,航电系统还与飞机众多系统的电子控制单元有错综复杂的交联关系。

C919首飞前,航电系统试验团队完成了两轮的调试和五轮的集成,每轮试验全覆盖,需要通过近6000项功能测试,持续约60天。近千项试验问题(PR)的发现、确认、解决和回归测试,是系统不断完善的过程,试验发现的问题逐轮次减少、收敛,表明了系统状态逐步趋于完善,也确保了航电系统功能正常。

C919将推动国内航空制造业发展

C919首架飞机将于2022年底交付,商业运营的步伐正在加快。去年3月1日,中国东方航空作为国产大飞机C919全球首家启动用户,与中国商飞在上海正式签署了C919大型客机购机合同,首批引进5架,东航成为全球首家运营C919大型客机的航空公司。根据东航的初步安排,5架飞机引进后,将以上海为主要基地,加密上海至北京大兴、广州、深圳、成都、厦门、武汉、青岛等航线。

截至目前,C919已获得来自东航、海航、国航、南航、川航、河北航空等28家客户的815架订单。

在谈到C919未来的市场前景时,中国民航管理干部学院经济管理系副教授谢立分析,从设计角度来说,C919对标的是空客320系列飞机和波音737系列飞机;从座级和性能来看,C919与以上两个系列的窄体客机相似,而且这种窄体客机无论是在中国还是国际市场,都有相当大的保有量和市场需求量。

他同时表示,从目前来看,C919显著的短期优势在于其是一款国产大飞机,国人对此充满期待。“国产支线客机ARJ21刚开始运营上海-成都航线时,吸引了很多飞友体验,C919刚开始运营时,相信也会有很多人去打卡。”谢立分析,如果说到长期的优势,可能需要等C919正式运营以后,再考量其相对于竞争机型来说,是否具有运营效率、成本等方面的优势。

就航空制造产业链而言,C919的影响将非常显著。中国商飞的一组数据表明,随着C919的研发,我国形成了以上海为龙头,陕西、四川、江西、辽宁、江苏等22个省市、200多家企业、近20万人参与的民用飞机产业链。

广州民航职业技术学院经管学院副院长綦琦分析,从产业链角度来看,C919作为大型商业民航机是具有很大优势的终端竞争产品,所以,C919的交付将标志着中国大型民用航空制造业迎来新的里程碑。与此同时,当C919进入量产时,对上下游产业拉动的作用将更加明显。他指出,大型民航飞机的组装并非一蹴而就,是一个不断升级的过程。

綦琦表示,由于C919是我国自行研制的飞机,所以更倾向于国内的供应商。随着C919实现量产,飞机零配件的质量将更加受到关注,当大飞机的数量和产业规模同时增加时,必然会带动航空制造业的整体发展。他同时表示,就国内航空器研发实力而言,沈阳、西安、成都、哈尔滨、南昌有望成为核心城市,如果以民航客机的制造水平划分,天津、舟山和上海则有可能在未来列第一方阵。

王亚男分析,大飞机工程涉及冶金、电子、化工、材料学、结构力学等多个领域。同时,大飞机是现代人类交通运输体系的标志,“从陆运到海运,发展到现在的航空运输,这是人类交通运输现代化的标志。因此,在这样庞大的、拥有高技术含量的产业中,中国不能缺席。”

谢立表示,飞机制造的供应商、产业链很长,范围涉及很广,从原料到部件、整机、系统、维修、维护以及相关服务业,都具有带动作用,将给国内制造业及相关服务产业带来不少机会。

新京报记者 吴婷婷

编辑 白爽 校对 赵琳

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