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中国大飞机:国产化率从60%迈向100%

2017-07-07 11:52:00来源:中国青年报

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说起中国人自己制造的大型民用客机C919,不得不提3个百分比——10%、60%和100%。这是大飞机的“国产化率”。

C919项目启动之初,考虑到中国人继国产运十飞机之后再也没有碰过“大飞机”,中国商用飞机有限责任公司内部保守估计,C919的国产化率大于10%即可;交付下线后,这架一出生就能与波音、空客两大名牌客机相媲美的中国大飞机,实现了近60%的国产化率,并拿到570架的订单。

而C919最终要实现100%国产化。中国青年报·中青在线记者了解到,C919飞机在制造时针对一些暂时未能实现国产的部分,选择了两条路——一是国外原厂,国内合资;二是原装进口,到一定程度实现部分国产,最终实现全部国产。

“最终实现全部国产化”是中国商飞购买原装进口产品时设置的“门槛”,也就是说,一旦某项产品被中国商飞采购,那么它最终都会逐步国产化。这是产品生产厂商与中国商飞之间的基本约定。

“为C919做控制律,难就难在这是第一次”

如果把一架飞机比作一个人,那么发动机就是心脏,液压系统是血液,而控制律则是灵魂。当中国商飞研制的中短航程支线客机ARJ21-700在进行各种试飞验证时,国产大飞机C919的设计也争分夺秒地开始。

“控制律其实是一个算法。”上海飞机设计研究院操稳特性与控制律室副主任郑晓辉介绍,按照专业的解释,电传飞行控制律是电传飞控系统运行的控制规律。控制律表明了飞行员操纵与飞机运动响应之间的关系,通过反馈控制算法,获得飞行员期望的飞机操纵特性。

以自动停车技术为例,目前的自动停车技术可以做到操作者按键“设定目标”,汽车自己停进指定位置。在这一过程中,算法起到至关重要的作用。“看上去是车自己倒进去的,但其实是车上的传感器测量了距离、角度等因素,通过数据的计算,控制轮子去完成。”

飞行控制律的算法也是同样的作用。控制律算法越复杂,飞行员的负担就越轻,就越容易操控飞机,“通过算法设计,使得飞机智能化程度更高,减少人犯错误的可能性。”

2012年,中国商飞组建了一支以上海飞机设计研究院操稳特性与控制律室设计人员为主的攻关队,为C919设计电传飞行控制律。4年后,这支主要由80后组成的队伍初步完成设计。

中国商飞自行研发了C919飞行控制律的算法。ARJ21-700型支线飞机采用了相对简单的开环控制律,很多操作需要飞行员手动完成;而C919采用的是复杂得多的闭环控制律,飞行员手动操作的内容少了很多。

霍尼韦尔公司是C919飞控系统的供应商,受制于美国法律,它不能向C919项目方提供飞行控制律算法这项技术,只能由中国商飞自主研发。研发过程中,霍尼韦尔公司只负责将中国商飞设计好的算法与方案进行功能的实现。对程序设计是否合适的问题,霍尼韦尔公司只回答“对”或“不对”,故障则由中国商飞自行定位并排除。

“为C919做控制律,难就难在这是第一次。”郑晓辉说,与国外相比,我国在飞行控制律算法方面的经验严重不足。一旦完成第一次设计,后续型号的设计就会容易许多。比如,空客A320也是第一次搞电传,到了330、340,只要在320的基础上调整,很快就能做出新的算法。

中国商飞为算法攻关团队开设了一趟专门班车,每天晚上10点钟开往地铁站。办公室里常备若干张折叠床,如果下班太晚,年轻人就直接睡在办公室。这间办公室有个不成文的“规定”,每个人周一至周五至少要加3天班,周六要加1天班,周一至周五正常下班时间是21点,所有人一视同仁,坚持至少两年。

每一次,团队把算法设计好,还要形成系统技术规范,全部翻译为英文后发给供应商,然后由供应商写软件代码。团队成员赵晶慧介绍,他们为C919设计的控制律共有4100多条英文需求、前前后后跟供应商开了200多次英语电话会议。

买不到的“疯狂”材料

在C919身上,先进材料首次得到了大规模应用。

在它的“皮肤”上,第三代铝锂合金材料、先进复合材料的用量分别达8.8%和12%,而此前在ARJ客机上的应用量仅有1%。ARJ的新材料,用于非承力结构,而C919使用在机身后段以及平尾等承力部位。对标波音737和空客A320两种型号的“竞争对手”,C919上先进复合材料的使用量也更多。

因此,C919被认为“在我国材料领域具有里程碑式的意义”。公开资料显示,新材料使体型较大的C919减重7%以上。

中国商飞公司上海飞机设计研究院标准材料设计研究部副部长袁宇慧告诉记者,飞机上使用的复合材料主要是指碳纤维增强树脂基复合材料,具有质量轻、耐腐蚀的特点,不仅能降低飞机的自重、增加载客量,而且还能减少后期维护的费用。

用材料科学专家、中南大学材料学院教授邓运来的话来说,飞机的“皮肤”就是一代飞机的标志,“一代飞机,一代材料”。材料越轻、耐久性越佳,飞机的性能也就能随之上一个台阶。

而我国材料科学在世界上还处于较为弱势的地位,30多年前研制的运10民用机采用的就是“全金属质地”。C919目前使用的复合材料全都来自国外供应商,但在没有基本材料标准的情况下,即便向老外购买,都是一件极其困难的事。

袁宇慧要做的,就是根据飞机性能需求,制订出C919每一个部位材料的选用标准。她告诉记者,世界上每一家飞机生产厂商生产的每一种型号飞机,都有一套专属的材料标准。这些材料标准,就像可口可乐的神秘配方一样,具有自主知识产权——买不到。

袁宇慧和团队花了4年时间才把C919材料的标准文字、内容部分基本确定,但具体到每个部位每种材料的纤维量、拉伸长度、树脂含量、物理性能、化学性能、力学性能等数据,还要重新做实验,再用统计学算法得出合理值。这个合理值,既要保证符合C919的设计需求,也要具备生产的可能性,还要最终得到适航当局的认可。

这些年来,标准材料团队几乎每天都在设计、制造的一线调研。实操工程师会告诉他们,需要哪一种性能的材料,软一点、拉伸度强一些、质量轻一些……工程师们口中的“一点、一些”,到了材料师那里,就必须量化为具体参数。

这些参数,每一次都是由材料师通过实验室比对、实操测量等繁琐又枯燥的方式获得。

值得一提的是,凭借丰富的材料领域经验,袁宇慧团队目前已在指导中航工业下属的辅助材料生产企业和江苏一家民营企业进行材料优化和革新,“过去我们只会告诉他们要什么,做不出来就算了;现在我们可以帮助他们分析,问题可能出在哪个环节,可以如何改进。”

C929、C939梦想飞机已在研发

中国人的大飞机梦,绝不会止步于C919。中国青年报·中青在线记者注意到,C929、C939等梦想机型也正在紧锣密鼓地研发中。

张弛是中国商飞北京民用飞机技术研究中心未来产品与技术研究团队的副组长。他和他的团队,负责C919的“未来机型”。他们给自己起了一个特别的名字“梦幻工作室”,负责“灵雀”项目。

“灵雀”项目,说通俗些,就是设计研发缩小版的大飞机。这种“灵雀”飞机更具未来感,无人驾驶,体积极小。这样一架飞机的成本还不到C919的百分之一,却承载着中国大飞机梦的未来。

“灵雀”飞机,是一种缩比验证机型。张弛得意地向记者展示最新款的“灵雀B”飞机,它的机身和机翼融为一体,更加经济、更加舒适,它的尾翼只有两片,比一般的3片尾翼飞机阻力更小。

这个由30岁左右的年轻人组成的团队,正在为解决机票贵、飞机油耗大这样的世界性难题而进行研发。

张弛团队最常收到的同行“建议”是:你们这个方案可能不行吧?

在各种讨论声中,梦幻工作室从2012年至今已经做了9架缩比试验机,也出现过小飞机起飞后失控、地面调度不成功的案例。“没有失败,就不是创新,那叫模仿。我们不干那个”。

中国青年报·中青在线记者了解到, 在ARJ21客机试飞取证、航线示范运营,以及C919大型客机设计研发、总装制造、首飞准备工作中,商飞青年发挥了极大作用——10支青年创新创业团队,共有超过230名成员,平均年龄不到30岁,却承担了C919大型客机控制律攻关等37项民机关键技术的攻关任务。

揭秘中国C919大型客机如何制造

2017-07-07 08:24:00 来源:中国军网综合

6月13日,中国商飞公司传出喜讯,他们自主研发的国产C919大型客机再次收获订单,与国内一家公司签订30架C919大型客机销售框架协议。至此,C919大型客机的国内外用户达到24家,订单总数达到600架。今天出版的《解放军报》披露了中国C919大型客机是如何制作的!

打造中国自己的大飞机

——中国商飞研发制造C919大型客机纪实

■程福江 记者 倪大伟

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2017年5月5日14时,C919大型客机首架机在上海浦东国际机场成功首飞。

中国大飞机诞生的“摇篮”

6月13日,中国商飞公司传出喜讯,他们自主研发的国产C919大型客机再次收获订单,与国内一家公司签订30架C919大型客机销售框架协议。至此,C919大型客机的国内外用户达到24家,订单总数达到600架。

纵观C919的发展历程,2008年,启动项目;2009年,正式开工建造;2015年,首架机总装下线;今年5月,成功首飞。不到10年时间,中国人制造出自己的大飞机,并在世界航空领域占有一席之地。

百余年来,中国人都怀揣着一个航空梦。1909年,冯如设计的中国航空史上第一架飞机“冯如一号”首飞成功,距莱特兄弟发明世界上首架飞机仅隔6年。跨越百年,C919一飞冲天,这是新时期中国追逐大飞机梦跨出的第一步,也是中国商飞在航空领域的一个新突破。

6年冲刺,建成世界一流民机总装基地

6年前的浦东祝桥,一片4000余亩的土地被批准用于建造中国商飞总装基地,当时选址周边尽是滩涂和一望无际的芦苇荡。

今天在这里,已建成12座现代化的民机总装制造厂房和5条国际先进民机总装生产线,一排排高大厂房气势恢宏。

“短短6年,一座现代化民机总装基地拔地而起,向世界展现了中国速度。”公司副总经理刘林宗告诉记者,如今这里已经成为我国重要的民机总装基地,一大批飞机零部件制造企业在此集聚。

记者走进偌大的部装车间,一架崭新的C919大型客机停放在车间中央。刘林宗对记者说:“前不久完成首飞的C919就是在这里完成总装的。”

安装电线、导管、驾驶舱、发动机……在这里,飞机完成“内装修”,随后喷上乳白色的“外套”,待整装完毕后,拖到3公里外的浦东机场专用试飞跑道,准备翱翔蓝天。

自动调整方向、真空排屑、自动送钉……巨大的车间里,记者看到,一台机器人上下挥舞着“手臂”,快速地进行制孔铆接。总工程师姜丽萍说,这些年,公司的智能化制造正加速推进,未来C919批量生产后,98%的钻铆工作将由机器人完成。

“5年前,我们建造第一架ARJ21新支线飞机时,机身很多拼接环节需要肩扛手拉,用绳子吊上去。”现场的一位工人告诉记者,如今飞机零部件安装采用了自动化操作,每一步操作都精确到毫米。

短短6年,飞机部装跨越的是“两个时代”,从吊装定位到制孔铆接,过去依赖人工的工序,如今大部分实现了自动化操作。

造大飞机,百万零部件在这里“聚首”

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2017年5月5日,C919大型客机首架机首飞现场。

在某大型压机车间,操作人员正娴熟地操作机械手从高温箱里缓缓地夹起一个锻件,送至10多层楼高的模锻压机锻压台上。只听“轰”的一声巨响,锻压台面迅速合拢,飞溅出鲜红的火花。

几分钟后,随着锻压台面缓缓张开,一个重达1.6吨的大型锻件诞生了。这个大型锻件与另外锻造的活塞杆连接,就组成了C919客机的一个起落架。

“这只是C919客机百万零部件中的一个,来自全国各地的飞机零部件都在这里‘聚首’。”年轻的工程师余圣晖介绍,大型客机是目前世界上最复杂、技术含量最高的产品。从设计研发到总装下线,再到实现首飞,中国商飞公司用了近10年时间串起了国内外一条完整的飞机制造产业链——200多家企业、36所高校、数十万产业人员参与研发制造。

在这些企业中,不仅有民营企业,还有生产军机的知名军工企业。

这是商飞人难忘的一天。2014年5月15日,C919大型客机首个前机身,在航空工业洪都公司成功研制下线。从外形看,前机身就是一个巨大的圆筒状“铁家伙”,里面却包含1600多个零件,1900多个工装项目。造民机与造军机有很大的不同,从图纸设计到产品下线,洪都公司用了两年多的时间。

宽大的数控厂房里“盘卧”着几台铣床,其中双龙门三座标高速铣床长达18米,这是全球第二台蒙皮镜像铣设备,是洪都公司为了研制国产大飞机而专门定制的。

有了先进设备还要配备过硬的人才。为此,洪都公司组建了一个数百人的技术攻关团队,全面推进新工艺、新材料、新技术的应用,并首次采用了第三代铝锂合金材料。

“80%的零部件是我国首次设计生产的,通过对C919的设计研制,我国掌握了民机产业5大类、20个专业、6000多项民用飞机技术,推动新技术、新材料、新工艺实现全面突破。”C919项目部技术管理处处长崔克非如是说。

航空报国,用工匠精神打造中国品牌

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2017年5月5日15时19分,C919大型客机首架机顺利降落,圆满完成首飞任务。

在数控机加车间,记者见到一位身材偏瘦、头发花白的老师傅,正全神贯注地站在车间工作台前加工飞机零件。

他就是全国劳动模范、商飞数控机加车间钳工组组长胡双钱。这份工作,他一干就是整整35年。

2014年的一天,胡双钱接到紧急任务,要求3天内完成26个局部结构不同的C919零件加工。当天,胡双钱立即组建了技术攻关团队。拿到零件图纸后,胡双钱并没有急着加工,而是带领大家分析技术参数,商讨加工步骤和工艺方案。最后,他们鏖战三天三夜,终于加工完所有零件,并全部符合工艺要求。

“作为工匠,对待产品的加工流程,每一个环节、每一个细节都要做到精益求精,如同你们记者写稿子,每一句话、每一个字都要如切如磋,如琢如磨。”35年里,胡双钱加工了数万个飞机零件,对这份神圣的工作,他有自己的心得体会。

在商飞,这样的故事、这样的人物比比皆是。2014年,钣金制造车间接到了C919首架机一处蒙皮的制造任务,时间很紧,但零件的制造难度却很大。

这次任务是与时间赛跑。确定好制造工艺后,组长王伟带领团队先后尝试用6种垫料进行轧压试验,最后确定了辅助垫料;没时间做模拟仿真,他们依靠前期试验所得的一些数据,结合自身从业经验,轧压出蒙皮的大致弧度,并将公差缩小到标准公差的三分之一以内。

励志的故事,几乎每天都在发生。在商飞,35岁以下的年轻人是研发队伍中的主力,他们在边学边干、屡败屡战的过程中,先后攻克了综合航电、飞行控制等102项关键技术,填补了国内多项技术空白。

“浦东机场每天有那么多航班,但没有一架客机是中国人制造的,我们一定要改变这种局面。”年轻的商飞人没有忘记当初的誓言。航空报国,成就梦想,这些追梦人用自己的行动,助推中国大飞机梦飞蓝天。

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