C919的“南航印记”:承担多项技术攻关,总设计师是校友

澎湃新闻记者 陈珂

2017-05-05 13:49 来源:澎湃新闻

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我国自行研制的新一代大型喷气式干线客机C919于今天(5日)下午首飞。
飞机设计研制是一项科技攻坚的大型工程,为实现“大飞机中国造”,研发团队实现了100多项关键技术攻关。
作为具有航空特色专业的高等院校,从ARJ21(我国首款喷气支线客机)到C919,南航大共承担140余项国产大飞机项目。南航大参与了重要技术方案论证,承担了多项关键技术攻关,并为大飞机研制单位——中国商飞公司输送了上千名毕业生,培养出了C919总设计师吴光辉、总工程师姜丽萍等一大批核心骨干人员。 
5月4日,南航大科研团队向澎湃新闻(www.thepaper.cn)介绍了其中一些关键技术,解密大飞机背后的技术支撑,以此窥见我国飞机自主研制的时代缩影。
2017年5月5日下午,国产大飞机C919将在上海浦东国际机场首飞。图为国产大飞机C919今早跑道旁待命。文汇报 谢震霖 图
从人工到机装,装配间隙从2毫米缩小到0.5毫米
据介绍,南航大有数十名教师参与到C919大飞机技术攻关中,其中涉及大飞机项目的装配、气动、强度、适航等内容的论证工作。其中最重要的技术之一,就是装配技术。
所谓装配,就是将飞机不同部位的零件或组件,按照尺寸协调原则组合、连接,形成更高一级的装配件或整机的过程。
据统计,飞机制造过程中50%~70%的时间和成本都用在了飞机装配上。“而因为疲劳寿命等原因,民用飞机对装配质量要求更高。”南航大机电学院教授陈文亮介绍。
南航大机电学院教授黄翔对澎湃新闻说,过去由于国内制造大飞机经验缺乏,装配工作一向由人工完成。“比如要将机翼与机身组合,是由7到8个人人工目测、手动移动机翼来操作。”黄翔说,如此一来,精度和质量很难保证。“容易出现左右机翼不对称,这对飞机稳定性和油耗都有影响。”
从ARJ21(我国首款喷气支线客机)开始,南航科研人员自主研发了集数字化测量、控制及检测于一体的飞机大部件自动对接装配系统,这种系统,黄翔说,“能够保证飞机各部段一次性对接成功。”
其基本原理是,在电脑上设置各部段的尺寸、位置,测算好连接口,利用自动移动装置,在电脑上控制飞机组件或零件的移动,使之按照系统测算和感应装置自动对准连接口。
“这一操作使得机身机翼装备间隙从原来人工操作的2毫米缩小到0.5毫米。”也就是说,两者吻合度更高了,这大大加强了飞机整体的稳固性,延长了使用寿命。
不仅如此,黄翔还介绍,由于C919几大部段(如机头、机翼等)分别是在国内不同城市生产,最后统一到上海进行组装,“有可能发生在组装时发现各大部件装配不协调的问题。”这个时候,南航研制的装配系统就起作用了。“它可以预先对装备进行测量、模拟,确保没问题了再运到上海。”
黄翔说,上述系统是2008年开始研制,基本与国内大飞机的研制同步。它体现了国内很多飞机制造技术研发攻坚基本路径——没有飞机实体,技术论证靠的都是实验室模拟。“尽管还是与国外有些差距,但已经是我国的一大突破。”黄翔说。
从无到有,完成首个静力实验
“数据与理论计算吻合、试验成功!”经过八个月多的时间,2011年3月15日,C919“发动机吊挂”静力试验在南航机械结构力学及控制国家重点实验室成功完成。
飞机的静力试验是结构试验的内容之一,借以观察和研究飞行器结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度以及应力、变形分布情况,是验证飞行器结构强度和静力分析正确性的重要手段。
南航大校长聂宏教授团队负责的发动机吊挂静力试验,是C919大型客机七大部段中首个达到开试状态的静力试验项目。
吊挂装置是用来将航空发动机固定在飞机上,并且传递发动机的推力、承受发动机重量和过载、吸收发动机振动、隔离发动机火区,其结构的形式、强度、重量和安全性是影响飞机性能的重要因素。
“吊挂一般在大飞机上运用的多。”南航大航空宇航学院副教授张明告诉澎湃新闻,此次作为国内首次研制的民用大飞机C919,其吊挂结构也是之前少见的,因而关于它相对应的静力实验在国内也属于首次开展。
“它的集成度较高,结构复杂”。没有先例,只能“借鉴其他类似结构的静力实验模式,逐渐地论证、推翻、再实验。”张明告诉澎湃新闻。
由于是C919上首个静力实验,其成功与否直接关系到C919大型客机后续各项工作的进度。“其中遇到的问题及如何处理,都为后面静力试验工作积累了有益经验,对于大型客机的研制成功具有重要意义。”张明表示。
首飞后最重要的:适航取证
关于安全性,民机研制领域有一句话:研制什么飞机听市场的,如何研制,却要听适航的。
因而,国内的客机在投入市场前,都要先通过中国民航局的适航审定,通过审查后,政府将颁发“型号合格证”(即TC/TypeCertificate),表示此款飞机的安全性设计符合适航标准规定的“最低安全性要求”。
2010年12月,中国民航局受理了C919飞机的适航申请。此后,适航工程中心编制了《C919飞机审定基础》,明确了C919飞机适用的适航规章条款、环保要求以及专用条件等,共计419条。
澎湃新闻记者此前从中国民用航空上海航空器适航审定中心获悉,C919飞机的适航审定有五个阶段,分别为概念设计阶段、要求确定阶段(审定基础确定阶段)、符合性计划制定阶段、计划实施阶段以及证后阶段。目前C919飞机已进入第四阶段(计划实施阶段)。
这意味着,C919飞机首飞之后还需要继续开展大量的适航符合性验证和审定工作。
“光试飞就有数百个科目。要完成整个国内适航审定可能要好几年。”南航大民航学院教授孙有朝对澎湃新闻说。他的团队承担了二十余项与C919安全性适航相关的项目,贯穿大飞机设计、制造、运营、维修的全寿命周期。
国内外媒体曾报道,C919的出现将与已投入市场的波音-737和空客A320将一争高低。孙有朝说,相比空客A320当时适航取证时采用的标准,如今的标准又发展了20年,这也意味着C919适航取证的难度更具挑战。
再者,由于此次是首次大型飞机全程适航,“过去也有一些经验,如ARJ21,但这次很多适航条款是第一次遇到。所以在适航审定技术上有些难点。”孙有朝说。
孙有朝进一步解释,官方给出的适航规章条款是一个相对顶层的要求,比如关于系统安全性有一条,是发生灾难性事故的状态极不可能出现,而制造商则要把这一条款转换为具体的制造要求,这很难。
“‘极不可能’这一要求要怎么解读,是概率多少,然后要怎么验证我这个机器是极不可能的。这要靠建模靠计算。”孙有朝说,这种技术属于核心机密,有经验的制造商不会告诉你。所以他们聘请国外的专家咨询,但咨询是表面的,他们只能自己不断实验摸索。
完成国内适航后,想要打入国际市场,C919还要通过欧洲航空安全局(EASA)或美国航空管理局 (FAA)的适航审定。
据美国彭博社4月27日报道,中国民航局适航审定司副司长王京玲当天在首届中欧航空安全论坛的新闻发布会上表示,中国计划年内与美国和欧盟达成新适航协议。报道称,若中国实现这一目标,将有助于中国国产大飞机C919打入国际市场。
责任编辑:李克诚澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 国产大飞机,C919,科研团队,南航大

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