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起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密

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第1页:国产大飞机究竟有多大?

【中关村在线办公打印频道原创】2015年11月2日,一个被中国航空史铭记的日子,国产大飞机C919首架原型机正式总装下线!这一举措向世界宣告中国完全可以自主生产大型客机了,完成了几代人的航空梦!在C919完成总装下线面世之后,庆贺之余,我们也需要思考这样的问题:C919真的是自主研发的吗?C919到底用了哪些特殊的技术?首架大型客机为何命名为“C919”?带着诸多疑问,我们来逐一分析便可揭晓答案。


起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密

●国产大飞机究竟有多大?

据中国商用飞机设计师透露,首架大型客机之所以被命名为“C919”,有着特殊的含义:其中“C”恰是China的首字母,也是商飞英文缩写COMAC的首字母。“9”寓意“天长地久”。“19”代表中国首型大型客机最大载客量为190座。合起来就是中国的一款持久耐用的190座民用客机。而且以C为开头也寓意着C919要与Airbus(空客)和Boeing(波音)竞争的决心,在大客机制造业中形成ABC三足鼎立的格局。

起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
C919机舱内部

起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
C919最大载客量为190座,全经济级布局168座,混合级156座(图源:环球军事)

先撇开文化意义和商业意义不说,我们先说一下载客量的问题。如果说载客量为190座的飞机是大飞机的话,这有点说不过去,大飞机一般是指起飞总重超过100吨的运输类飞机,包括军用大型运输机和民用大型运输机,也包括一次航程达到3000公里的军用或者达到100座以上的民用客机,从地域上来讲,中国把150座以上的客机称为大客机,而国际航运体系习惯上把300座以上的客机称作大型客机,为什么会有这样的差别呢?这主要取决于各国航空工业水平,按照国际惯例,C919的190座充其量只能算是中型客机,不过中国航空工业水平,尤其是民航水平与国际水平还有差距,所以,即便是只有190个座位,但也依然被叫做“国产大飞机”。


第2页:组装品也是国货的诚意?

●组装品也是国货的诚意?

自运10下马以来,大型客机一直是国人心中的痛。自C919立项以来,各种非议不绝于耳。说C919是完全自主的国货的确难以服众。更有人指责C919根本就没有一颗“中国心”。那么,C919是国产的骄傲还是一款组装货呢?剖析C919项目和国外厂商合作的原因即可揭开迷雾。


起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
很多人说C919不是纯粹的国货,而是“组装品”(图源:中国商飞)

由上图可见,作为飞机最核心的航电、飞控和发动机,都有中航工业或者商飞的参与,但是作为飞机“心脏”的发动机确实美国通用公司制造的。听到这个消息不免让人产生些许失落,就像彩电、汽车等“中国制造”所面临的尴尬一样,我们往往能够制造出“壳子”,攒出“整机”,可是在发动机等关键核心部件上,却不能完全自主,就像中国足球超级联赛,能在亚冠赛场上雄霸一时,但好成绩的取得似乎总是摆脱不了“外援”的帮助。

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很多人指责C919根本就没有一颗“中国心”,因为该机的发动机由美国通用公司提供

众所周知,飞机发动机被誉为“工业王冠上的明珠”,自运10下马以来中国大功率飞机发动机的研发也就此放慢下来,乃至直到今天大飞机项目重启,“中国心”的难题仍然待解。中国是个后发工业国家,在工业进程上起步很晚,因此面对的是先进工业国家对市场的垄断,以大飞机发动机为例,目前国际上主要发动机整机制造商,依旧由美国GE、美国普惠、英国罗罗三家公司把持着。因此,中国大飞机一直被“外国心”卡着脖子的原因就很清楚了。

起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
如果说C919是纯粹的国货,这种说法未免有些欠妥

虽然说目前C919使用的是美国通用的发动机,但是,预计到2020年后,将换成国产长江1000A发动机。而C919的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力完成。所以,如果说C919是纯粹的国货,谁也不信,但又说是组装货,也不客观,所以,说C919是中国和国外厂商合作的产物也许更加合适一些。


第3页:合作:缘自无奈的辛酸?

●合作:缘自无奈的辛酸?

谈到自主研发,很多人对这个问题抱有疑问:为何611所(成都飞机设计研究所)和成飞(成都)能自主研发生产J20,603所(中航工业第一飞机设计研究所)和西飞(西安)能自主研发最大起飞重量达200吨的大型运输机运20,为何在大型客机方面中国就不能独立自主完成研发工作呢?说到这里,还得从一段辛酸往事说起。


起底C919:揭开来自国货鲜为人知的秘密
中国国产运20军用运输机(图源:腾讯)

由于60年代至80年代,中国在J9(J9是成都飞机工业集团所制造的截击机,设计方案几经波折,最后因为指标要求过高,技术条件无法实现而于1980年被迫取消)的研发中对抬式布局(战斗机机翼的一种)作了充分的论证,在J10(即歼-10战斗机,是中国中航工业集团成都飞机工业公司从20世纪80年代末开始自主研制的单座单发第三代战斗机)的研制中又积累了经验,在研制J11(歼-11(战斗机,是中国购买的俄罗斯专利及授权的苏-27SK的国产组装飞机,属于三代半战机)系列战机的过程中又积累了双发重型战机的设计和制造经验,可以说J20是中航工业过去50年经验积累和技术成果的集大成。

在大型客机方面,中国的底蕴非常单薄。上世纪80年代,中国曾有过自己的运10,但因为要与美国麦道公司(美国制造飞机和导弹的大垄断企业)合作,运10被迫下马,而美国要求拆毁运10及其生产线,并将在研发运10过程中形成的3000多人的技术团队解散,这一举措彻底摧毁了中国研发大飞机的能力!

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中国运10大型喷气式客机客机

就在中国履行美方要求,并于麦道公司合资建厂组装MD82/90之后,美国波音公司收购麦道公司,麦道与中方的合作戛然而止。从此中国放弃了大型客机的自主研发,选择了“造不如买”的道路,使中国航空工业彻底失去了积累大型客机设计和制造经验的机会。

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图为中国民航在80年代中期引进由美国麦道公司生产的MD-82型飞机(图源:中国民航)

中国航空持续失血的状况持续到了2000年,之后情况才有所好转。2000年,C919项目和运20相继立项,国家对大飞机开始重视起来,中国的大飞机产业终于迎来了阔别20余年的春天。20年来,世界航空技术的发展日新月异,而中国“缺课”太多,再加上商飞在人才储备和技术储备方面非常薄弱,所以商飞只从事飞机中机身的制造以及最后的总装工作,其他部分全部由中航工业和国外合作单位包办。

和国外公司合作,一方面是为了取得适航证,有利于开拓国际市场;另一方面也是出于通过与国外老牌厂商的合作而学习国外先进技术、积累实践经验的目的。所以,C919就成了以合作的方式学习国外先进技术,提升本国技术水平的承前启后者。


第4页:3D打印让C919神秘几许?

●3D打印让C919神秘几许?

一架大飞机约有400万个零部件,本次下线的C919大型客机部分部件采用的是目前比较热捧的3D打印技术。大飞机是一个系统化的工程,其中涉及到非常多的技术和工艺,相对于传统的制造技术,3D打印技术进入航空制造业也是一种全新的尝试。

中航工业的资料显示,从2001年起,我国就开始重点发展以钛合金构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。其中,于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3D打印技术制造的钛合金主承力部分,包括整个前起落架。

2014年11月11日在广东珠海举行的第十届中日国航展上一件展品备受关注。当时在展馆现场,国内金属3D打印厂商西安铂力特激光成形技术有限公司,带来了一款C919客机缘条零件,这个零部件十分引人关注,因为该部件采用的正是3D打印技术。


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利用3D打印技术制造的国产大飞机C919钛合金中央翼缘条,长达3米

目前已经比较成熟的3D打印技术通常分为4类:包括光固化技术、叠层实体制造技术,熔融沉积造型技术和激光烧结技术。而航空领域最前沿的技术为金属构件激光成型技术。该技术以合金粉末为原料,通过激光融化逐层堆积,从数字模型一步步完成大型复杂构件的成型。

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中船重工利用金属直接烧结快速成型技术研制的首台样机

金属激光烧结成型技术是3D打印技术领域“王冠上的明珠”。该技术因为直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。而金属本身是致密体重熔,不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴,结构件致密度可达99%以上,接近锻造的材料胚体。

在模具制造方面,可利用这一技术通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数,可以生成性能差异变化很大的零件,从具有多孔性的透气钢,到耐腐蚀的不锈钢再到组织致密的模具钢。采用金属激光烧结成型技术甚至能够直接制造出非常复杂的零件,避免了采用铣削和放电加工,为设计提供了更宽的自由度。

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金属激光烧结成型技术原理示意图

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采用金属激光烧结成型技术能够直接制造出非常复杂的零件,避免了采用铣削和放电加工

C919客机部件采用了激光成型件加工中央翼线条,其中,最大尺寸为3070mm,最大变形量则小于0.8mm,整个力学性能通过飞机厂商的测试,其材料性能、结构性能、零件取样性能、大部段强度全部满足国产大型客机C919的设计要求,包括疲劳性能在内的综合性能,也优于传统的锻造技术。而且,3D打印出来的零部件强度一致性为2%,优于厂商5%的技术指标要求。可以说,3D打印技术的融入直接解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题。

相信经过以上几个方面的分析,大家对C919会有一个较为清晰的认识,不管C919是否是一款“组装货”,但它代表了国内航空水平发展的新高度,如果我们以发展的眼光来看待它的话,也许过不了几年,实现国产大飞机研发的完全自主化就不再是一个棘手的问题。不过以目前我国的技术水平,想实现这一愿望还需很长的路要走,而我们唯一能做的就是在合作中汲取经验,在依赖中慢慢成长,直到学会“自己走路”!

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