国产“大飞机”的创新与突破

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  经过近10年的艰苦努力,中国人的“大飞机”梦想即将成为现实。它的研制和应用始终与国际同行业深度融合,也悄然改变了中国在全球飞机制造业中扮演的角色。
  目前,中国拥有自主知识产权的C919大型客机已基本完成机载系统安装和主要的静力、系统集成试验,并于2017年2月28日和3月1日完成两次滑行测试,预计将在2017年上半年首次飞上蓝天。
  C919是由中国商飞公司研制的中短程商用干线飞机,这意味着中国成为继美国、欧洲之后少数拥有大型商用飞机制造能力的国家。经过近10年的艰苦努力,中国人的“大飞机”梦想即将成为现实。它的研制和应用始终与国际同行业深度融合,也悄然改变了中国在全球飞机制造业中扮演的角色,即从只能生产零配件的分包商,逐渐全面掌握民用飞机的核心技术,变成自主设计并完成总装的制造主体。
  关键技术协同创新
  从立项至今,C919已经走过了10个年头;而中国研制大飞机的梦想,至今已有46年。
  中国最早的大飞机项目“运10”的研制始于1970年,曾于1980年首飞,1985年项目终止。当时中国的工业基础十分薄弱,技术水平不足,无法保障飞机的性能,“运10”未能进入运营,最终没有完成一条完整的产品线。
  2007年开始,中国瞄准美国波音、欧洲空中客车两大巨头垄断的大飞机市场,开启了商用干线飞机的制造计划,并于2008年5月成立了中国商用飞机有限责任公司,专门实施中大型客机项目。高端技术装备的升级与突破不可能一蹴而就,中国商飞在不断探索与开拓的过程中,创造着大飞机研制与产业链构造的中国模式。
  据中国商飞大型客机C919项目常务副总设计师陈迎春介绍, C919整机的产权属于中国商飞所有,研制时以中国商飞公司的团队为核心,负责飞机的设计、总装、试飞、销售等关键环节。气动外形由中国自主设计、自己试验完成;飞机的机体从设计、计算、试验、制造由中国完成;系统集成也由中国自己完成。C919是确确实实的“中国制造”。
  机翼不仅是整个飞机结构中主要承载部件,也是技术最为复杂、制造难度最大的部件。大型民航客机油耗惊人,为了让飞机更省油,C919的机翼设计运用了中国自主研发的超临界机翼,使巡航气动效率提高20%以上,减阻8%左右。在静力试验中上翘2米却安然无恙的机翼,运用了超临界翼型,是C919的骄傲。
  C919使用的超临界机翼由西安飞机工业(集团)有限责任公司(下文简称西飞)研制完成,然而飞机机翼制造的关键技术之一—整体壁板数控喷丸成型技术,长期被国外垄断,是制约中国大飞机研制的核心技术。西飞通过大量的基础理论研究和系统性试验,先后攻克了一系列超临界机翼的关键核心技术,具有完全的知识产权,打破了国外技术封锁和垄断,使西飞成为世界上掌握该技术的少数几个公司之一。
  这是C919关键技术攻关的一个缩影。欧美国家在大型客机研制上技术领先、市场成熟,对于中国国产大飞机而言,则面临着许多技术瓶颈。在研发制造C919的过程当中,中国商飞规划了102项关键技术攻关,不仅带来了新材料、现代制造、先进动力等关键技术领域的群体性突破,还推进了力学、计算数学等诸多基础学科的发展,其技术扩散率高达60%。
  国际化的飞机制造产业链
  C919的机型与波音737空客A320機型类似,实际总长38.9米,翼展35.8米,高度12米,标准航程为2200海里,增大设计航程为3000海里,巡航高度35000英尺。与国际市场的同类机型相比,C919在载客量、燃油耗费等方面性能上已经有所超越。
  在C919诞生之前,中国就已经成为全球飞机制造的重要供应地。目前全世界有超过8000架正在飞行的波音飞机安装了中国制造的零部件;空客的取材则更为便利,早在2008年就在中国天津建立了A320的总装线。
  当国产商用飞机的计划到来时,这些中国企业自然成为C919的机体供应商。为C919生产超临界机翼的西飞不仅能够为空客生产A320飞机的整个机翼,并已经向波音交付超过3000架新一代737垂直尾翼;沈飞民机公司是C919垂直尾翼的供应商,同时也是波音787项目垂直尾翼前缘的全球唯一供应商。
  在世界航空工业,全球采购和协同已经是不可阻挡的潮流。中国国产商用飞机的制造思路是:由中方完成设计和总装,所需部件采取全球招标,并逐步提升相关产业的国产能力。
  经过全球招标,GE、Honeywell、CFM等16家跨国公司被中国商飞选中,成为C919机载系统的供应商。中国同时推动这些国际供应商与国内企业开展合作,组建了航电、飞控、电源、燃油和起落架等机载系统的16家合资企业,双方既共享市场,又通过技术转移、扩散提升中国民机产业研发与制造的整体水平。
  这样的模式带动了中国航空企业在核心领域的参与:C919最为核心的航电、飞控和发动机都有中方企业参与其中,而机身和气动布局近乎完全由中航工业和商飞完成,即使是起落架、辅助动力、液压系统、电源系统等方面,也是由中航工业和国外合作伙伴合作完成。
  与此同时,C919的制造凝聚了中国的优势资源。中国22个省市、200多家企业参与了这一大型客机研制,并确定了宝钢等16家材料供应商和54家标准件潜在供应商。多家金融机构参与金融服务与租赁等战略合作,陕西、江苏、湖南等省建立了一批航空产业配套工业园区,并有数十万产业工人参与到大型客机研制中来。
  逐步走向国际市场
  然而想要正式进入市场角逐,C919还需要经过严格的审查。
  国产大型客机市场准入证的获取是一大难关。世界上新研制的飞机,都要在美国联邦航空局(FAA)或欧洲航空安全局(EASA)的航空安全标准体系中证明自己的安全品质,才能获得市场通行证,这就是适航取证。如果没有进入欧美市场的适航认证,国产大飞机将无法在国外运营。C919客机正在为此努力。
  目前中国已经与美国等国家建立了相应的适航双边关系,20架MA60飞机出口到刚果等7个国家,95架Y12系列已经出口到乌干达等20个国家。通过这些型号审定工作,推动了中国国产航空产品走向国际市场。
  在C919之前,同为中国商飞公司研发的支线客机ARJ21已经率先通过了中国民航局的适航审查,并接受了美国联邦航空局严格的“影子审查”,于2015年成功交付成都航空公司运营,为C919适航取证提供了经验。
  原ARJ21审查组组长、中国民航局原华东管理局副局长吴坚说,ARJ21历时12年才获得了参与民用航空运输活动的“入场券”,有了ARJ21的艰难摸索,C919在一些领域的认证时间会大大缩短。
  为了适应商用飞机走出国门的需要,自ARJ21开始,中国开始致力于建设一套国际公认的、高标准的民用航空体系,然而在短期内做到与美国、欧洲相媲美还有相当大的差距:美国与欧洲的适航体系建设已有50余年并且至今仍在不断完善,适航体系与飞机制造能力齐头并进,已经积累了大量的经验和人才。与之相比,刚刚起步的中国适航体系还需要艰苦奋斗。
  C919真正能与波音、空客争夺市场份额,同样还有漫长的路要走。中国《航空知识》执行主编王亚男指出,目前C919试飞的是基本型飞机,后续的完善和改进以及型族的跟进非常重要。国际主流机型的研发也是如此,基本型的出产与在市场上成功还有相当大的距离,空客A320从首飞到实现盈利,就经历了20年的漫长努力。
  目前C919大型客机拥有中国国际航空公司等23家国内外订户,订单总数570架。其中,包括美国通用电气租赁(GECAS)等国际客户。中国商飞目前并未正式公布C919的价格,但预计价格不会超过5000万美元,而主要竞争对手波音737与空客A320的价格在5000万至8000万美元之间。
  目前C919已经进入首飞前最后的准备阶段,2017年也将成为中国民用航空业具有标志性意义的一年:除了C919即将完成首飞,中国商飞公司还将在2017年全面启动宽体客机项目,并且实现ARJ21新支线飞机小批生产交付—中国正在迎来商用飞机的“国产时代”。
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