作者:赵广立 赵鲁 来源:中国科学报 发布时间:2014-6-13 11:21:18
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中国科学报:国产大飞机何时翱翔蓝天

 

大飞机被誉为“工业皇冠上的明珠”。放眼全球,当前只有“空中客车”(Airbus)与波音客机(Boeing)最为夺目,它们闪耀着西方发达工业的光芒。东方,“头文字C”的中国大飞机刚刚启程,它们何时能够在蓝色天空自由翱翔,牵动着国人的殷切期待。

■本报见习记者 赵广立

航空工业被誉为工业之花,是一个国家制造能力和科技创新的综合体现,大飞机更被誉为“工业皇冠上的明珠”。放眼全球,当前只有苦心孤诣40余载的欧洲“空中客车”(Airbus)与美国空中霸主波音客机(Boeing)是最为夺目的两颗,它们闪耀着西方发达工业的光芒。而在东方,“头文字C”的中国大飞机刚刚启程,它们何时能够自由翱翔在蓝色天空,牵动着国人的殷切期待。

5月23日,在中国商飞设计研发中心,国家主席习近平在登上C919客机样机体验之后,寄语大飞机研制队伍:制造大飞机承载着几代中国人的航空梦,尽管事业刚刚起步,前面的路还很长,“我们一定要有自己的大飞机”,力争早日让我国自主研制的大型客机在蓝天翱翔。

挑战重重

与美欧等西方发达国家相比,中国研制大飞机面临诸多挑战。我国民航飞机研制经验少,产业链基础较差,甚至连具备民机内饰产品制造资质的企业都没有。这些都是横亘在中国大飞机发展之路上的鸿沟。

“波音公司成立至今,已有近百年的历史;空客历史较短一些,但也已经四十余年,况且这两家公司在起步之初都有比较不错的工业基础。”《航空知识》副主编王亚男在接受《中国科学报》记者采访时说,“在我国现有航空工业基础上发展C919这样的大飞机,任务不可谓不艰巨。”

中国航空学会飞机总体专业委员会副主任、中国商飞C919大型客机常务副总设计师陈迎春认为,我国开展大飞机的研发,遇到的挑战主要体现在三个方面。

一是系统集成。C919的发动机、飞控、航电、液压等很多机载系统都是国外供应商提供的,且成分不等,有的是整系统,有的是分系统,“就像到菜市场买鱼、买肉,要做成一席菜,还要做很多工作。”陈迎春介绍说,系统不是买来什么就装什么,系统集成对主制造商是一个很大的挑战,无论是波音还是空客,在系统集成方面都遇到过很多问题。

二是供应商管理。“这么多系统要买,要选择物美价廉的产品,选择最合适的供应商,在确保质量的前提下,如何与国外供应商密切配合,确保进度,这是不简单的。”陈迎春认为,供应商的选择与管理对主制造商来讲需要很强的管理技能。

因为看好中国庞大的民机市场需求,许多欧美知名企业纷纷伸出“橄榄枝”,希望成为C919项目的供应商。面对这一局面,中国商飞公司定下一个原则:凡是与中国企业建立合资公司的,优先采用。在中国商飞的牵线搭桥下,包括CFM公司(世界三大民用发动机提供商之一)在内的多家设备供应商与国内企业组建了16家合资企业,涵盖航电、飞控、电源、燃油和起落架等机载系统。业内专家认为,此举是中国商飞从带动国内民机产业的成长出发作出的决策,有利于提升国内机载系统的配套能级。

三是适航认证。C919要先取得中国民航的适航证,然后再拿到美国、欧洲的适航证,才能正式进入民机市场。“这就要求我们研制的飞机要达到国际安全标准。”陈迎春说,取得适航证对C919的研制来说是个很大的挑战。

“C919只有一条路可以走,就是集成创新之路,采用‘主制造商-供应商’运作模式,波音、空客两大巨头也是这么做的。”陈迎春说,“中国设计、系统集成、全球招标、逐步提高国产化”的发展战略,实践证明是行之有效的。

中国科学院院士曹春晓在接受《中国科学报》记者采访时表示,我国在飞机新型材料的研制和生产上还未达到成熟阶段,相当一部分飞机材料还难以批量生产并达到适航要求,现阶段只能通过进口。这也是我国在研发大飞机之路上待解决的难题。

不必过于纠结“国产化率”

由于C919的发动机、飞控、航电等关键系统和设备均由国外供应商提供,国产大飞机的“国产化率”频遭质疑。在王亚男看来,就目前阶段而言,国产化率是C919不能不关注、也不必太过纠结的问题。

“我们的航空工业发展历程与西方不同。虽然欧美这些强国从发展之初也是起步于军用,但很快就进入了军民共用的阶段;而我国从建国以来,长期面临巨大的国防压力,所以我们的航空工业走的是一条军用优先、民用相对弱化的道路。”王亚男说,“我们现在发展民用大型客机,等于从一张白纸开始——即使不是一张白纸,这张纸上也没有什么美妙的图案。”

王亚男认为,长期的这种发展状况导致我国的航空技术主要集中于军事需要,在民用领域的技术扩散与关注不足,技术基础薄弱。“以这种方式开始,我们现在能够把系统集成和总体设计做好,就已经很了不起了。”

系统集成与总体设计正是C919自主知识产权的体现。陈迎春指出,飞机的气动外形,要经过上万次的风洞试验;飞机的总体设计、机体结构、大部件总装,都是我国的工程科技人员自己实验、制造、总装完成的。可以说,“飞机的形成过程都是我们自己做的”。

“拿服装设计师做例子,他把布变成衣服、变成时装,形成自己的独特风格和品牌了,至于这个布谁织的、棉花谁种的,就没人关心了。”陈迎春说,采用国际通行的“主制造商-供应商”模式,按照自己对飞机的定义采购各种系统和设备,研制出自己的飞机,这是个创造的过程,也是个核心的过程,体现了自主创新,这个知识产权在我们飞机制造商手里。

“我们现在是做一个系统集成商和总设计商。这个工作的意义在于,飞机的设计权和修改权都在我们手上,那么按照设计技术需求向全球范围内的系统提供商采购,这样既能保证产品能够顺利按节点完成,同时能够通过适航许可。”王亚男认为,在此基础上研制出的C919,通过国际标准的适航认证后,就为以后的发展打下了基础。“在这个基础上,才有可能去谈国产化率逐步提高。用我们自己的技术去完成一些系统和设备的制造。如果没有这部分工作,研发的产品不能被国际认可,国产化率就无从谈起。”

曹春晓也谈及国产化率的问题,他认为,为了更快地达到适航要求,将国产大飞机投入使用,一开始国产化率小一点是可以接受的。“不过逐步提高国产化率的态度要坚定,决心一定要大,一些关键材料必须要有我们自己的供应商,迟早要有。”

赋予“头文字C”更多意义

C919全称COMAC C919,C取自中国(China)和中国商飞(COMAC)的首字母,并寓意将与空中客车(Airbus)及波音(Boeing)形成“ABC”鼎立的格局。

陈迎春表示,大飞机现阶段的计划是逐步提高国产化率。“这个不可能一蹴而就,毕竟我们技术基础还不能与西方发达国家已有长期技术积累相比。但是国产发动机现在开始着手研制了,这需要时间,也许几年,也许十几年以后,我们就能为大飞机装上‘中国心’”。

材料方面,曹春晓告诉记者,国产大飞机的首批甚至前几批投产,可以从国外进口材料,这可以视为是合理的。“但有一点,我们不能一味靠买国外材料,这是不合适的,迟早会受制于人。我们要千方百计,尽最大努力,尽快做到自主生产,特别是关键材料。”

“全球采购供应商名单里,一定要有中国的材料供应商。”曹春晓说,“今天没有,明天要有;明天没有,后天一定要有。一定要有这样的认识。这是我的建议。”

曹春晓还指出,中国大飞机的发展之路,面临的困难可能比当年空中客车还要大,“空客、波音两家不会心甘情愿地看到我们C系列的崛起,我们在发展过程中会遇到竞争对手各方面的阻击,这一点我们要做好思想准备。”

此外,曹春晓认为还需要做好另一种准备:“C919除了技术上的困难,还有商业上的困难。当然,我们一定要有信心、有决心,一定要把这件事做到底,直到拥有我们自己的大飞机。”

王亚男认为“ABC”的提法是一个高远的目标,要实现这一目标,需要很多努力。而对于中国商飞的大飞机研制工作,“我们既要关注,又要宽容”。

“C919作为第一代大飞机,可能要经历很多挫折,如果我们能够一步步走下去,不断遇到问题、解决问题,从困难中找到希望,那么这项工作就已经太难得了。”王亚男说,要给大飞机研制工作以宽容和包容,要有信心也要有耐心。

“我们不能指望C919必须一炮走红。有可能919不行,920可能也不行,还有921、922。大飞机是国家战略,即使经历种种挫折,也要一直走下去。”王亚男说,“如果中国不希望20年或者50年后依然大量采购西方的飞机,或者西方的飞机仍然统治中国的天空,中国就得朝这方向坚定不移地走下去。”

 

C919,你得知道的那些事儿

图片来源:百度图片

“大飞机”指起飞重量在100吨以上,座位数在150座以上的大型干线飞机,包含军用运输机、民用的客运飞机和货运飞机;也包括一次航程达到3000公里的军用或座位达到100座以上的民用客机。从地域上讲,我国把150座以上的客机称为大型客机,100座以下的叫做支线飞机。而国际航运体系习惯上把300座位以上的客机称作大型客机,这主要由各国的航空工业技术水平决定的。

中国商用飞机有限责任公司成立于2008年,总部设在上海,是实施国家大型飞机重大专项中大型客机项目的主体。中国商飞设计研发中心承担了我国首次自主研制的C919大型客机、ARJ21新支线飞机的工程设计任务和技术抓总责任。

科研代号ARJ21(Advanced Regional Jet,即“21世纪新一代支线喷气机”),通过公开征集得名“翔凤”,是由中国商用飞机有限责任公司研制的新型涡扇支线飞机,亦为中国大陆第一次完全自主设计并制造的支线飞机。其中ARJ21-700飞机是一款完全按照国际标准研制的涡扇喷气支线客机,混合级布局78座,标准航程型满座航程为2220公里。

ARJ21于2008年11月28日12时23分在上海大场机场成功首飞。“翔凤”的首飞揭开了中国民航客机工业的新的一章。据悉,2014年4月,ARJ21-700型飞机在北美完成自然结冰试飞,预计2015年ARJ21可进行商业交付。

C919全称COMAC C919,C取自中国(China)和中国商飞(COMAC)的首字母自不必说,而飞机型号选择9,是因为9在中国传统文化中代表永恒,后面的19指最大载客量为190个座位。

值得一提的是,C919并非是中国的第一个大型客机计划,终止于1986年的运-10有相似的载客量和更高的国产化率,但C919是第一个市场化的整机全新设计的窄体客机计划。

C919项目于2008年11月启动。C919专为短中程的航线设计,属于单通道150座级,标配为168个座位,最多可容纳190个座位。C919的尺寸与空中客车A320飞机非常近似,这可能是为了共用相同尺寸的货运托盘。它的机身宽3.96米,高4.166米,翼展为33.6米,加上翼尖小翼时则为35.4米。巡航速度0.785马赫,最大飞行高度12100米。标准版航距为4075公里、增程版航距则为5555公里。

2009年9月8日,C919外形样机在香港举行的亚洲国际航空展上首次公开亮相。按计划,C919将于2014年首航,2016年交付航线起用。后来因制造商发现中央翼盒使用的碳纤材料出现不明风险(同时材料亦成本太高,更换铝锂合金可有效降低成本),C919客机首飞日期可能延迟至少一年,由2014年推迟到2015年第二季,向客户交付时间则需由2016年顺延至2018年。

中国商飞方面表示,由于已知销量远小于同样大小的波音和空中客车机款,该公司商用客机单价更贵,但随着订单数的攀升有望逐步降低。C919客机将比目前波音737和空中客车A320节省15%的燃料使用,由于使用与波音737 MAX和空中客车A320 neo相同的先进引擎,减少碳排放量更达50%,且座位会更宽阔。

飞机预计将在2014下半年在上海完成总装。据悉,中航商用航空发动机公司(中航商发)正在研制与C919飞机配套的CJ-1000A(长江-1000A)型发动机,预计该发动机最早2020年之后才能装到C919上。(赵鲁)

“一代材料,一代飞机”的启示

■本报见习记者 赵广立

一百多年来,材料与飞机一直在相互推动下不断发展,“一代材料,一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照。中国科学院院士曹春晓在接受《中国科学报》记者采访时指出,当前,欧美大型飞机机体的材料结构正从以铝合金为主过渡至以复合材料为主,“从波音787开始,50%复合材料用量是未来飞机的起点”。

复合材料经30多年的研究和应用,技术上已经成熟。安全、可靠,并且复合材料的损伤容限和抗蚀性显著优于铝合金,更有利于耐久性和安全性的提高;同时,复合材料和钛合金的使用可以大幅度减轻飞机结构重量,因此带来的经济效益(包括降低油耗和维修费用等)和环保效益,远远超过了它的负面效应(制造成本较高);此外,复合材料的应用使舷窗尺寸加大30%,客舱湿度和气压有所提高,旅客空中旅行的舒适度也有所提高。

与金属材料相比,复合材料更适合于制备整体结构件。波音787机身由若干段复合材料大型整体结构件组成,减少了1500个零件和大约5万个连接件,显著地减轻结构重量,提高安全可靠性和降低制造、装配、油耗、维修等成本。

“(国产大飞机)要尽量采用一些先进的航空材料。因为只有我们的飞机先进,才能在市场上具有一定的竞争力。”曹春晓认为,在飞机选材方面,应该向世界上先进客机机型如波音787、A350改进型等借鉴。

“我国国产材料还未能够达到成熟、质量稳定、达到适航要求并可以批量生产的程度,在一些材料制造上与欧美还有一定差距。这期间我们可以先进口,但我国也应尽快实现国产化。这需要材料相关研究部门与供应商制造部门紧密结合、互相配合,大家一条心最终要搞出来。”曹春晓说。

历史教训和经验表明,过分依赖进口,最终难免受制于人。“以碳纤维材料为例,我国以前依赖进口,掌握其技术的国家就敲我们‘竹杠’,要么限制进口,要么定价贵的离谱。”曹春晓对记者说,“后来我们自主研发出来了,(进口)价格一下子就下来了。”

因此,曹春晓表示,在航空材料的选择上,要特别重视对具有中国特色的先进材料的选用,例如TC21钛合金不仅具有国际先进水平的性能,而且在合金及其锻造工艺上都具有自主知识产权。

此外,中国的大型飞机研制项目包含大型客机和大型运输机两大部分。为了缩短研制周期、节省研制费用、降低销售价格和提高成熟程度,曹春晓建议设计和材料工作者紧密结合,尽可能增加大型客机和大型运输机上共用材料的比例。“这样做更有利于客机用国产材料通过适航条例。”

“空客模式”对国产大飞机的启发

在论证大飞机的过程中,国外一些声音称,现在“大飞机的房子”里只能挤进两个人,就是美国人和欧洲人,挤不进去第3个人了。孰不知,空客起步之初形势亦是如此。当时“大飞机的房子里” 只有美国人,挤不进去欧洲人。但是欧洲人用行动说了“不”。这对中国的大飞机之梦或许有所启发。

“中国能不能搞大飞机,关键有3点:经验积累、经济实力和技术基础。目前,这3个条件已经基本具备。”中国工程院院士刘大响曾表示,“欧洲的空客从上个世纪70年代开始研制,连续25年亏损,最终使空客得以和美国波音平分世界市场。”

空中客车大飞机的立项最初由法国、德国和英国发起,后来西班牙加入,其间几经波折。1972年10月28日,空客开发的第一个产品A300研制成功并在图卢兹进行了首次试飞。

“空客在推出A300的时候,在市场上遭遇的是一个前冷后热的过程。开始的时候,并没有多少厂商对其感兴趣。”《航空知识》副主编王亚男告诉《中国科学报》记者,包括空客后期推出的产品,也并没有马上在市场上取得翻天覆地的变化。“可以说,空客忍耐了二十多年亏损,经过了这段冷淡期。”

“不过,空客在战略上拥有坚定的信念。”王亚男说,他们坚信只要关注市场,关注客户需求,把所有能够在民航客机上先进并且适用的技术都用在新一代产品上,这些产品一定有机会获得认可。

结果证明正是如此。空客大胆地将一些军用技术用在民机上。比如空客后来的产品A320,率先使用电传操纵(侧杆)等新技术;再如空客A380,在A380的中央翼盒这种关键的机体材料上,空客敢于采用复合材料,成功地减重3吨,相当于可以多载客约30~50人,飞机的经济性大幅度提高。“当然空客飞机还有很多设计特点,但率先使用先进技术确实给空客带来了市场上的突破,奠定了空客的市场地位。”王亚男说,这种战略上的决心是值得我们借鉴的。

在很长一段时间内,空客凭着敢于争先的精神,以技术、性能和服务等优势,终于赢得了大批客户,其全球市场份额实现了猛增。尔后更是后来者居上,在某些机型上甚至赶超了美国的波音飞机。

空客中国公司总裁洛朗斯·博龙曾在接受我国媒体采访时表示,一个飞机制造企业如果想取得成功,必须具备三个“P”,即具有竞争力的产品(Product)、专业的人才(People)和可靠的合作伙伴(Partners)。

而技术创新恰恰是为了创造出更具竞争力的产品。A380被业界称为“优雅的绿色巨人”,它为21世纪旗舰产品树立了创新和技术的新标准:A380拥有先进的通用驾驶舱,并装备了更具互动性的大显示屏和机上信息系统,以及通过大容量以太网数据链路连接的集成化和模块化航空电子设备。它的超安全性、超舒适性和超娱乐性,为乘客带来了全新的空中旅行体验。

“制造大飞机不仅是把东西拼起来,包括设计、生产和售后服务都需要我们学习。这是一个商业理念,不仅仅是制造的问题。”中国国家大飞机项目论证组一位专家表示。(赵鲁)

《中国科学报》 (2014-06-13 第14版 关注)

 

 
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