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基于MBD三维数字化工艺设计及装配系统的开发与

2019-05-19 17:23 来源:中国企业新闻网

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嗨!大家好!我叫“胖九”,学名“C919”,是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机。今天下午,我就要在上海浦东机场首飞,还是有点小激动!

哈哈……大家对我了解吗?我的学名叫“COMAC919”。“COMAC”是中国商用飞机有限责任公司英文简写,“C”既代表COMAC,也代表咱China。第一个“9”表示天长地久,而“19”是说我的最大载客量是190座。我的标准设计航程为4075公里,可以一口气从长春飞到拉萨!

2019-05-19,国产大飞机C919首架机总装下线,“胖九”是不是萌萌哒!

别看我叫“胖九”,体型俊着呢,戴了一副酷酷的“墨镜”,简直帅呆啦

先来看看我的体型吧,我是双发涡扇中型机,毕竟是干线客机,长38.9米,连翼展35.8米,高12米,就算身高1米9的乘客走在机舱也挺舒服,最大起飞重量为72吨,虽然没有波音777那么大,但也是小干线家族中较大的机型了——小名叫“胖九”恰如其分吧!

其实我的身材线条流畅哦,值得一提的是,我的机体从设计、计算、试验、制造全是中国造,对俺胖九制造自主性的质疑可以休矣!我用了新一代超临界机翼,自主发展的“一分钟”快速成型法提高了机翼曲面质量,改善跨音速范围内的可控性,减少飞行阻力,从而节省了很多燃料。科学家们还殚精竭虑,经过一系列超过15000的风洞“吹风”试验,让我拥有比现役同类飞机更好的巡航气动效率。

再看我的造型,必须霸气啊,像不像戴着一副俊酷的墨镜?相比需要6块挡风玻璃的传统飞机,我只有4块,流线型的机头让飞行员视野更开阔,也减少阻力。这种挡风玻璃工艺复杂,制造难度大——也让我帅到只看脸就能辨认啦!

C919机头部前脸设计令飞行员视野更开阔。

我的体重可不轻,发动机比现役波音737的都大,所以机身采用第三代铝锂合金材料,锂元素的加入,让我比同等机型轻了5%-10%。飞机上用的复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料,高耐腐蚀、质量轻,但价格是常规铝合金材料的几十倍,所以在机体结构用量只占12%。

揣了一颗舶来的“心脏”,俺胖九也是百感交集

说说我的“心脏”——发动机吧。航空发动机人称“航空之花”,是航空技术和工业积累的完整体现。我的心脏是LEAP-X1C发动机,是由美国通用电气与法国SNECMA各以50%资金比例合资的大型客机发动机生产商CFM国际公司研制的,专用于大型喷气客机。它采用了18片赛峰公司研制的碳纤维复合材料风扇叶片以及美国通用电气公司研制的陶瓷基复合材料涡轮部件。

我这颗“心脏”许多新技术都行业领先:超高压比核心机、采用三维编织树脂模传递成型技术制造的复合材料风扇叶片、复合材料风扇机匣、第三代三维气动设计压气机和涡轮叶片设计技术、第二代双环预混旋流器(TAPS II)燃烧室技术、可变面积外涵喷管和等。发动机和短舱将作为一体化推进系统来设计,拥有先进的进气道、声学处理和电动反推力装置,可以充分发挥其气动性能、重量和声学优势。

这新型涡扇发动机比CFM之前生产的波音737发动机提升太多啦:燃油消耗减少16%、二氧化碳排放量减少16%,氮氧化物排放量减少至不足60%,还更为安静;运营成本比其他发动机降低15%——优势太大啦,最终选定LEAP-X系列发动机作为我的“心脏”,这是最重要的原因。

有人问我,“心脏”为啥不用国产?哎,这就不得不提起我的前世。

中国现代化工业起步晚,技术落后,航空发动机水平较低,这个短板影响了整个航空工业的实力。我国在大飞机的发动机上落后很久,上世纪轰动一时的运十发动机就是波音707所用的JT3D-7发动机。当时虽着手研制我国自己的发动机,但因为种种原因运十下马,科研资料全部销毁,造“心”大业停滞了。

说句心里话,我也不乐意揣着一颗舶来的“心脏”,但航空发动机的研制困难重重。

首先是“四高”,简单说,喷气式飞机发动机就像是一个两端都开口的圆筒,从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列内部结构,而后变为高温、高速的燃气从后端喷射出去,产生了向前的反推力。飞机发动机的特点是“高温、高压、高转速、高负荷”。

这四高,简直是个大难题。一般喷气发动机内部某些部位温度高达1600左右;而发动机风扇后的压气机进口空气和出口空气的压强都要比大气压强要高得多。

与发动机相比,大飞机用的大涵道与发动机和战斗机的小涵道又有不同,所谓涵道比就是发动机外涵道与内涵道之比,抛开种种晦涩技术细节,普通人能明白的是,大涵道比发动机比小涵道比发动机油耗小、推进效率好、经济性能高,不过制造要求也更高,稳定性更强,比如前者的风扇叶片起码有一米多,而后者则只需0.3—0.4米左右。

拿一款非常高端的发动机来说,罗尔斯·罗伊斯公司为A380生产的发动机,内部最高温度达到太阳表面的一半,发动机内部压力达50个大气压,涡轮叶片叶尖的运动速度达2000公里/小时,叶片有3米多长。

民用客机发动机还必须考虑经济性能和舒适度:油耗要低,噪音也要低。

这“四高两低”像是六道“紧箍咒”,限制了我国飞机发动机的发展速度。

材料和工艺难题也不能忽略。要保持燃油火焰在以每秒100多米高速流动的高压气流中稳定燃烧,这与在狂风中保证手中火炬不灭一样困难;同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀,不仅需要耐高温材料和耐热涂层,还要通过燃烧室结构设计,采取冷却手段,降低燃烧室筒壁温度。

国外发达国家的发动机主轴承寿命都在1万小时以上,我国的基本在900小时以内,差距太大。现代高性能航空发动机都采取高强度、耐高温材料,包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。据估计,中国每年超耐热合金的生产量约为10000吨,而需求量则为20000吨。有专家指出,制造发动机风扇的复合材料,国内还做不出来。

好消息是,我的国产化率已达50%以上,相当厉害啦!

坐上胖九飞行,安全必须是杠杠滴!

很多小伙伴最关切:坐上胖九安全否?我很负责任地告诉大家,我采用双侧杆正杆飞行控制系统,特色在于采用两种不同构型的4个独立主飞行控制系统,包括两个常规液压动作系统和两个电-液动作系统。采用电-液动作系统,在动力资源上具备更大灵活性,增加了冗余性,提高了安全性能。针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。

C919驾驶舱内景。

与此同时,我的机体内采用先进的电传操纵和主动控制技术,提高了综合性能,改善人为因素和舒适性;先进的综合航电技术减轻了飞行员负担,提高导航性能,改善人机界面。

必须承认,我的身上很多设备是现在甚至是较长时间内,国内都无法提供具备竞争力产品的类型。一个典型例子就是机载液压系统。飞机上的各个气动舵面偏转、舱门和起落架的收放等等,无不依赖于液压系统的驱动——这个以极小体积和重量,就能传递极大功率的神奇设备。

C919在浦东国际机场跑道滑行测试。

我的首飞,对中国意味着什么?

航空制造业几乎代表一个国家制造业的顶尖水平,我国在上世纪放弃运十计划,导致国内航空制造业十年断档和大量人才流失,此次首飞标志着大飞机制造业重新崛起。

有人嘲笑,中国只是造了我的外壳,把所有东西塞进去。切!这正是我们的进步所在,航空制造业与其他制造业的不同,就在于集成的难度。商用大飞机讲究耐用率与经济性,对气动布局有近乎苛刻的要求,既要有可靠的结构强度同时又要尽可能轻便,而一个气动布局涉及到超算模型与风洞模拟,不是一般国家可以做到的体系化建设。胖九的壳子,那是一个系统工程好吗!考验的是一个国家的完整工业体系与庞大的工程师队伍!

波音787的供应商分布图。

全球化时代,一味讲究国产率没有太多意义。737和A380也有不少零件来自中国制造。波音与空客用的“心脏”和我一样,比同级别飞机少悄耗15%燃油,降低10%的座公里直接使用成本,还可以减少50%的碳排放量,别人的好东西可以拿来为我所用,何乐不为?

我的航电、飞控、空气管理系统供货商均为欧美公司,关键技术上我们还没有能力做出和欧美公司同一水准的产品。但是,用别人的技术造出我们的飞机,只要投入运营并盈利,自然会有国内厂家来研发自己的航电、飞控系统,未来可期。如果一蹴而就,非要全部国产,结果便是我的超级“难产”,导致国民对整个国产飞机产业链失去信心,国产飞机失去市场,行业逐渐崩溃,想要再一次打开市场,难于上青天。

我的出现,打破了欧美在大型客机领域的垄断地位,成功超出预期。C919大型客机拥有中国国航等23家国内外用户,订单总数达到570架!作为一款商用飞机,大量使用国际一流的发动机与航电、飞控技术以增强稳定性,加大通过美欧主导的适航认证的概率,更为之后的国产化积累了经验。

大家是不是对“胖九”信心满满啊!我的小目标,是要同波音、空客比翼齐飞。其实,我名字中的C还有另一层含义呢!空客(Airbus)首字母是A,波音(Boeing)首字母是B,而我是C,有一颗跟他们竞逐蓝天的决心。我不起急,空客和波音是大飞机制造先行者,都有数十年经验。我要先做好自己,占据航空业一席之地,再说挑战不能急于一时,对不对?

最后,我要感谢亲爱的祖国把我生产出来,感谢大家对我的关注和支持。今天我将计划首飞。当然,天公要作美才行,否则我的首飞就要顺延了。

 

希望在我翱翔之时,听到大家为我加油欢呼的声音!(人民日报中央厨房·大江东工作室 沈文敏 以上配图均由中国商飞公司提供)

责任编辑:陈鑫
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