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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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国产大客机C919展翅欲飞

2017-05-11 16:49:00

/黄建国

  最佳的选择

  流线型的宽大机身,一对薄薄的巨大翅膀,尾部宛若披上一条蓝色的彩带,再配上写有醒目的“C919”字样的绿色垂尾——C919漂亮的外形让人眼前一亮。它机身长38.9米,翼展35.8米,机高11.96米,净质量73.4吨,可载客156名。外表看去,镶嵌在机身下部的后掠机翼十分醒目。它为飞机飞行提供巨大的升力,还是发动机的粮仓,注满燃油后,飞机最大航程达4000多千米,超出国内从南到北、从东至西的最远距离。机翼之下悬挂两台当代最先进的涡扇发动机。机尾上低置的水平安定面与机翼上下错开,避开了气流的相互干扰,有效提升了舵面效率。这样的飞机外形布局达到了当代客机性能的最佳水平,与当下最先进的波音B787及空客A380不相上下。

                                   

  C919的外形与波音B737和空客A320相像,载客人数与航程也相差无几。一直以来,国外这两款客机为世界中短途线上最受欢迎的机型,数量最多,仅A320就生产了4000多架。快捷的速度、适宜的航程满足了最广泛乘客的需求。目前,国内民航客机中,这两款客机的架数之和超过了总数的一半,为最热门的飞机。国产首架现代客机C919将它们作为对比的研发对象,无疑是一种最佳的选择。

  多年来,我国参与美国及欧洲国家一些飞机工厂的外协,承接包括波音B737和空客A320在内的零部件的加工和装配。例如,西安飞机制造厂制造、装配了技术含金量高、难度最大的A320机翼,早几年就安装在飞行航线的客机上,并屡屡获得外商的好评。这也为自主研制C919取得成功打下良好的基础。

  竞争中前进

  从项目启动那天起,C919就将目标定在世界一流的波音B737和空客A320的水平,并冠名为“C”,以彰显它决意与波音和空客形成ABC三足鼎立、同台竞技的格局。

  正是高起点的定位,C919飞机的性能、技术与B737A320同属一个档次。但因C919研制时间晚,采用了当代诸多最新技术,明显具有后发优势:它采用了世界一流的涡扇发动机,耗油率降低15%,污染排放减少50%,噪声降低,直接使用成本比同类客机少10%。这就迫使波音、空客改用与C919相类似的发动机。然而,B737机翼下方空间有限,想改也无能为力。此外,B737并非纯电传控制,还保留着机械式的拉杆、钢索。被誉为飞机大脑的航电系统,C919也比A320B737高出一筹:它采用了与最新客机B787A380同级的航电系统,功能更强大。

  C919的制造工艺毫不逊色:中国的飞机制造早已跻身世界一流,由于采用先进的光学测量仪和高精度型架定位,飞机各大部件的总装精度已备受世界同行瞩目。C919的另一大优势是国内市场广阔,需求旺盛,还具有得天独厚的地域、机场、航路、人文条件,更方便飞机的维护、运输。这都是A737B320无法相比的。另外,国内材料、人工成本较低,极富竞争力。

  C919的不足也不容忽视:C919是我国研制的新一代客机,承担研制的中国商飞成立时间不长,在管理、设计、制造大飞机方面缺乏丰富的经验。相对有几十年经验的波音、空客,这是一大弱势,需要我们不断拼搏,迎头赶上。

  迈向新高度

  总装下线被视为飞机研制取得成功的关键一步,接下来的主要工作是各系统在飞机上的安装和系统调试、试验。在此之前,C919主要的飞控、航电、液压、电源等系统都在地面铁鸟试验台和实验室展开了功能测试、性能评定,还进行了难度很大的故障模拟试验。目前,这些试验正热火朝天地推进,考核全机结构的强度试验将在大型专用试验大厅进行。一俟主要的地面试验顺利通过,明年C919的首飞成功应当顺理成章、水到渠成!

  至今,C919已获得国内外517架订单。首飞后,订单将还会不断增加。据权威预计:C919的生产量至少2000架以上。在通往成功的路上,最大考验莫过于首飞后长时期的试飞和适航取证。有了适航证,如同获得了产品合格证书,取得了飞向世界的准入证。

  C919首批将生产8架,除两架作铁鸟静力强度试验外,其余6架将投入验证500多项适航条款、长达3年、约4000多飞行小时的试飞。其中包括高风险的飞行失速”“最小速度起飞”“结构颤振试飞和耗时持久的自动飞行,以及条件苛刻的自然结冰试飞。即使经验丰富的波音、空客,这样的试飞也需要两年以上。另外,C919还要接受最严峻的挑战——更严格的美国FAR适航取证。不过,国产支线客机ARJ21适航取证过程中收获了极为可贵的经验和教训,C919的适航取证会快一些。它翱翔蓝天的那一天指日可期。

  人们期盼坐上国产大飞机飞向蓝天的同时,可从北京直达新加坡、航程5555千米的C919加长型已在谋划中,比C919载客更多、航程更远的C929大型客机也已列入了中国商飞的发展计划。待C929研发之时,我们的C919正跃跃欲试,跨向世界先进客机之列。

  中国军方也期待C919成功首飞之后,对其稍加改进,将它投入中国空军的空中大型加油机、预警机、电子监控机行列,壮大我国国防力量。C919这类客机因经济性好、航程远、性价比高、密封性好、环控空调俱佳,最适宜容纳较多的军事指挥、电子操作、监测专家在空中紧张工作,也有利于昂贵、精密的电子设备、仪器长时间高效运转。

  C919,寄托着国人太多的梦想和期盼,愿它早日飞向袓国浩瀚的蓝天,飞遍全世界。

  创新的技术

  先进材料

  C919的机身比B737A320更宽大,客舱内为单通道、6排座,能让所有旅客享受到更大的空间与舒适感,而且机体结构较轻。这得益于它采用了先进的新型铝-锂合金及复合材料。前者比飞机常用的铝比重轻、承力大而且耐用;应用于C919垂尾、水平安定面等舵面上的复合材料异常轻盈、变形小、抗疲劳、使用寿命长。关键零件几乎全由高精度数控机床加工。其中机翼后梁曾一度被视为加工拦路虎,前几年清华大学与国内20多家实力雄厚的企业合力攻关,成功研制3万吨巨型锻压机,使这一难题迎刃而解。

  无纸化设计

  昔日飞机设计中绘制图纸耗时最长,如今C919的设计已实现了全部无纸化。科研人员创新开发了一套三维绘图软件并运用网络平台,能将一幅幅三维空间图直接由上海传送到千里之外的西安、成都、沈阳等地,直至传送到加工机床中实时制造与装配,大大简化了整个流程,提高了效率。

  系统内部协调

  飞机内部的空间有限,却密密麻麻布置了由大量零部件构成、复杂交错的系统设备,及一些空间运动件,实现它们复杂的内部协调最令人头痛。以往需要提前制造真实的样机来完成,耗时费力。C919巧妙地采用了电子协调样机,而且,通过多层叠加与分解,精度准确到毫米之内,效果极好。此外,应用互联网与开发软件融合的仿真计算、虚拟技术,使设计、数据验证及试验监测取得了以往设计中无法想象的理想效果。

  电传飞控

  电传飞控技术是C919高新技术的一大创新亮点,令人瞩目。它以轻巧的导线取代以往控制飞机运动的笨重位杆和钢索,由多台数字计算机代替驾驶员操作,实现控制自动化,不仅减轻了驾驶员的工作强度,还大大提升了飞行性能。采用电传飞控技术后,机翼气动合力中心前移到接近飞机重心,既可以减少水平安定面的大小与质量,还能避免飞机飞行时产生颠簸,提高旅客的舒适度。

  以前,驾驶员操纵这种近重心飞机,宛如骑上脱缰的野马,难以驾驭、险象环生。如今,驾驶员的动作、飞机姿态的变化全由计算机控制,使飞机按“C919飞行控制律飞行。万一飞机遭遇可怕的飞行失速、异常超速,它都会及时告警,自动阻止灾险的降临;即便设备、零部件在飞行中出现故障,它也会提前报警并将问题的种类、级别、位置以不同的色彩显现在驾驶员的屏幕上。

  飞行控制律的软件编制需要有高深的专业理论、计算技巧和丰富的实践经验。外国专家声称:飞行控制律是国家机密,美国法律规定它绝不能外泄。年轻的C919控制律团队只能迎难而上。团队的工程师经历近5年刻苦攻关,终于在半年前攻克了“C919首飞控制律难题。

 

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