中國大飛機：國產(chǎn)化率從60%邁向100%
2017-07-08
說起中國人自己制造的大型民用客機C919，不得不提3個百分比——10%、60%和100%。這是大飛機的“國產(chǎn)化率”。
C919項目啟動之初，考慮到中國人繼國產(chǎn)運十飛機之后再也沒有碰過“大飛機”，中國商用飛機有限責(zé)任公司內(nèi)部保守估計，C919的國產(chǎn)化率大于10%即可；交付下線后，這架一出生就能與波音、空客兩大名牌客機相媲美的中國大飛機，實現(xiàn)了近60%的國產(chǎn)化率，并拿到570架的訂單。
而C919最終要實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。記者了解到，C919飛機在制造時針對一些暫時未能實現(xiàn)國產(chǎn)的部分，選擇了兩條路——一是國外原廠，國內(nèi)合資；二是原裝進口，到一定程度實現(xiàn)部分國產(chǎn)，最終實現(xiàn)全部國產(chǎn)。
“最終實現(xiàn)全部國產(chǎn)化”是中國商飛購買原裝進口產(chǎn)品時設(shè)置的“門檻”，也就是說，一旦某項產(chǎn)品被中國商飛采購，那么它最終都會逐步國產(chǎn)化。這是產(chǎn)品生產(chǎn)廠商與中國商飛之間的基本約定。
“為C919做控制律，難就難在這是第一次”
如果把一架飛機比作一個人，那么發(fā)動機就是心臟，液壓系統(tǒng)是血液，而控制律則是靈魂。當(dāng)中國商飛研制的中短航程支線客機ARJ21-700在進行各種試飛驗證時，國產(chǎn)大飛機C919的設(shè)計也爭分奪秒地開始。
“控制律其實是一個算法?！鄙虾ｏw機設(shè)計研究院操穩(wěn)特性與控制律室副主任鄭曉輝介紹，按照專業(yè)的解釋，電傳飛行控制律是電傳飛控系統(tǒng)運行的控制規(guī)律?？刂坡杀砻髁孙w行員操縱與飛機運動響應(yīng)之間的關(guān)系，通過反饋控制算法，獲得飛行員期望的飛機操縱特性。
以自動停車技術(shù)為例，目前的自動停車技術(shù)可以做到操作者按鍵“設(shè)定目標(biāo)”，汽車自己停進指定位置。在這一過程中，算法起到至關(guān)重要的作用?！翱瓷先ナ擒囎约旱惯M去的，但其實是車上的傳感器測量了距離、角度等因素，通過數(shù)據(jù)的計算，控制輪子去完成?！?br />
飛行控制律的算法也是同樣的作用?？刂坡伤惴ㄔ綇?fù)雜，飛行員的負(fù)擔(dān)就越輕，就越容易操控飛機，“通過算法設(shè)計，使得飛機智能化程度更高，減少人犯錯誤的可能性?！?br />
2012年，中國商飛組建了一支以上海飛機設(shè)計研究院操穩(wěn)特性與控制律室設(shè)計人員為主的攻關(guān)隊，為C919設(shè)計電傳飛行控制律。4年后，這支主要由80后組成的隊伍初步完成設(shè)計。
中國商飛自行研發(fā)了C919飛行控制律的算法。ARJ21-700型支線飛機采用了相對簡單的開環(huán)控制律，很多操作需要飛行員手動完成；而C919采用的是復(fù)雜得多的閉環(huán)控制律，飛行員手動操作的內(nèi)容少了很多。
霍尼韋爾公司是C919飛控系統(tǒng)的供應(yīng)商，受制于美國法律，它不能向C919項目方提供飛行控制律算法這項技術(shù)，只能由中國商飛自主研發(fā)。研發(fā)過程中，霍尼韋爾公司只負(fù)責(zé)將中國商飛設(shè)計好的算法與方案進行功能的實現(xiàn)。對程序設(shè)計是否合適的問題，霍尼韋爾公司只回答“對”或“不對”，故障則由中國商飛自行定位并排除。
“為C919做控制律，難就難在這是第一次。”鄭曉輝說，與國外相比，我國在飛行控制律算法方面的經(jīng)驗嚴(yán)重不足。一旦完成第一次設(shè)計，后續(xù)型號的設(shè)計就會容易許多。比如，空客A320也是第一次搞電傳，到了330、340，只要在320的基礎(chǔ)上調(diào)整，很快就能做出新的算法。
中國商飛為算法攻關(guān)團隊開設(shè)了一趟專門班車，每天晚上10點鐘開往地鐵站。辦公室里常備若干張折疊床，如果下班太晚，年輕人就直接睡在辦公室。這間辦公室有個不成文的“規(guī)定”，每個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時間是21點，所有人一視同仁，堅持至少兩年。
每一次，團隊把算法設(shè)計好，還要形成系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，全部翻譯為英文后發(fā)給供應(yīng)商，然后由供應(yīng)商寫軟件代碼。團隊成員趙晶慧介紹，他們?yōu)镃919設(shè)計的控制律共有4100多條英文需求、前前后后跟供應(yīng)商開了200多次英語電話會議。
買不到的“瘋狂”材料
在C919身上，先進材料首次得到了大規(guī)模應(yīng)用。
在它的“皮膚”上，第三代鋁鋰合金材料、先進復(fù)合材料的用量分別達8.8%和12%，而此前在ARJ客機上的應(yīng)用量僅有1%。ARJ的新材料，用于非承力結(jié)構(gòu)，而C919使用在機身后段以及平尾等承力部位。對標(biāo)波音737和空客A320兩種型號的“競爭對手”，C919上先進復(fù)合材料的使用量也更多。
因此，C919被認(rèn)為“在我國材料領(lǐng)域具有里程碑式的意義”。公開資料顯示，新材料使體型較大的C919減重7%以上。
中國商飛公司上海飛機設(shè)計研究院標(biāo)準(zhǔn)材料設(shè)計研究部副部長袁宇慧告訴記者，飛機上使用的復(fù)合材料主要是指碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、耐腐蝕的特點，不僅能降低飛機的自重、增加載客量，而且還能減少后期維護的費用。
用材料科學(xué)專家、中南大學(xué)材料學(xué)院教授鄧運來的話來說，飛機的“皮膚”就是一代飛機的標(biāo)志，“一代飛機，一代材料”。材料越輕、耐久性越佳，飛機的性能也就能隨之上一個臺階。
而我國材料科學(xué)在世界上還處于較為弱勢的地位，30多年前研制的運10民用機采用的就是“全金屬質(zhì)地”。C919目前使用的復(fù)合材料全都來自國外供應(yīng)商，但在沒有基本材料標(biāo)準(zhǔn)的情況下，即便向老外購買，都是一件極其困難的事。
袁宇慧要做的，就是根據(jù)飛機性能需求，制訂出C919每一個部位材料的選用標(biāo)準(zhǔn)。她告訴記者，世界上每一家飛機生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的每一種型號飛機，都有一套專屬的材料標(biāo)準(zhǔn)。這些材料標(biāo)準(zhǔn)，就像可口可樂的神秘配方一樣，具有自主知識產(chǎn)權(quán)——買不到。
袁宇慧和團隊花了4年時間才把C919材料的標(biāo)準(zhǔn)文字、內(nèi)容部分基本確定，但具體到每個部位每種材料的纖維量、拉伸長度、樹脂含量、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等數(shù)據(jù)，還要重新做實驗，再用統(tǒng)計學(xué)算法得出合理值。這個合理值，既要保證符合C919的設(shè)計需求，也要具備生產(chǎn)的可能性，還要最終得到適航當(dāng)局的認(rèn)可。
這些年來，標(biāo)準(zhǔn)材料團隊幾乎每天都在設(shè)計、制造的一線調(diào)研。實操工程師會告訴他們，需要哪一種性能的材料，軟一點、拉伸度強一些、質(zhì)量輕一些……工程師們口中的“一點、一些”，到了材料師那里，就必須量化為具體參數(shù)。
這些參數(shù)，每一次都是由材料師通過實驗室比對、實操測量等繁瑣又枯燥的方式獲得。
值得一提的是，憑借豐富的材料領(lǐng)域經(jīng)驗，袁宇慧團隊目前已在指導(dǎo)中航工業(yè)下屬的輔助材料生產(chǎn)企業(yè)和江蘇一家民營企業(yè)進行材料優(yōu)化和革新，“過去我們只會告訴他們要什么，做不出來就算了；現(xiàn)在我們可以幫助他們分析，問題可能出在哪個環(huán)節(jié)，可以如何改進?！?br />
C929、C939夢想飛機已在研發(fā)
中國人的大飛機夢，絕不會止步于C919。記者注意到，C929、C939等夢想機型也正在緊鑼密鼓地研發(fā)中。
張弛是中國商飛北京民用飛機技術(shù)研究中心未來產(chǎn)品與技術(shù)研究團隊的副組長。他和他的團隊，負(fù)責(zé)C919的“未來機型”。他們給自己起了一個特別的名字“夢幻工作室”，負(fù)責(zé)“靈雀”項目。
“靈雀”項目，說通俗些，就是設(shè)計研發(fā)縮小版的大飛機。這種“靈雀”飛機更具未來感，無人駕駛，體積極校這樣一架飛機的成本還不到C919的百分之一，卻承載著中國大飛機夢的未來。
“靈雀”飛機，是一種縮比驗證機型。張弛得意地向記者展示最新款的“靈雀B”飛機，它的機身和機翼融為一體，更加經(jīng)濟、更加舒適，它的尾翼只有兩片，比一般的3片尾翼飛機阻力更校
這個由30歲左右的年輕人組成的團隊，正在為解決機票貴、飛機油耗大這樣的世界性難題而進行研發(fā)。
張弛團隊最常收到的同行“建議”是：你們這個方案可能不行吧？
在各種討論聲中，夢幻工作室從2012年至今已經(jīng)做了9架縮比試驗機，也出現(xiàn)過小飛機起飛后失控、地面調(diào)度不成功的案例?！皼]有失敗，就不是創(chuàng)新，那叫模仿。我們不干那個”。
記者了解到，在ARJ21客機試飛取證、航線示范運營，以及C919大型客機設(shè)計研發(fā)、總裝制造、首飛準(zhǔn)備工作中，商飛青年發(fā)揮了極大作用——10支青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊，共有超過230名成員，平均年齡不到30歲，卻承擔(dān)了C919大型客機控制律攻關(guān)等37項民機關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)任務(wù)。
