摘要：大型飛機(jī)的研制是國(guó)家綜合實(shí)力和航空業(yè)實(shí)力的體現(xiàn)。中國(guó)在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)應(yīng)用、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、新材料應(yīng)用、飛機(jī)制造和裝配等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，本文主要介紹了大飛機(jī)研制過(guò)程中相關(guān)技術(shù)的突破。

　　大飛機(jī)的定義

　　大型飛機(jī)在國(guó)際航空業(yè)上定義為最大起飛重量超過(guò)100噸的運(yùn)輸機(jī)。在國(guó)際上，習(xí)慣上將300左右座位的客機(jī)稱為“大型客機(jī)”，這主要取決于各國(guó)航空業(yè)的技術(shù)水平。中國(guó)目前的大型飛機(jī)主要包括大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)20，水陸兩棲飛機(jī)AG600和大型商用飛機(jī)C919。

　　C919是COMAC C919的簡(jiǎn)稱，屬于短程、雙發(fā)、單通道民航運(yùn)輸機(jī)。在中國(guó)航空史上，它自然是第一架民航大飛機(jī)，但在世界客機(jī)的歷史上，尤其是在巨型AIRBUS A380出現(xiàn)之后，多把載客量300人左右的雙通道飛機(jī)稱為“大型客機(jī)”。

　　大飛機(jī)的研發(fā)技術(shù)難點(diǎn)

　　大飛機(jī)的研制是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要很多部門及科研院校的緊密配合，有要舉全國(guó)之力來(lái)推動(dòng)完成。這其中涉及諸多高端科研領(lǐng)域，比如空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)、機(jī)身材料、航空電子設(shè)備、自動(dòng)飛行、動(dòng)力裝置和裝配制造領(lǐng)域等。因此，大型飛機(jī)的開(kāi)發(fā)制造是一項(xiàng)極其復(fù)雜的多學(xué)科系統(tǒng)工程。

圖1 C919關(guān)鍵技術(shù)解析

資料來(lái)源：中國(guó)商飛公司

        氣動(dòng)外形技術(shù)。飛機(jī)氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，可為性能計(jì)算、結(jié)構(gòu)載荷計(jì)算和飛行控制設(shè)計(jì)提供重要的依據(jù)。它還在確保飛行速度、航程、載重量、安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性方面發(fā)揮著不可替代的作用。C919氣動(dòng)外形涉及機(jī)頭、機(jī)翼、尾翼和發(fā)動(dòng)機(jī)等方面的設(shè)計(jì)，以期最大限度地減少空氣阻力并降低油耗。在機(jī)翼方面，C919飛機(jī)采用新一代超臨界機(jī)翼空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)比同類飛機(jī)更好的巡航氣動(dòng)效率。

　　計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)。CFD技術(shù)已廣泛用于飛機(jī)設(shè)計(jì)，大大縮短了飛機(jī)開(kāi)發(fā)周期。在20世紀(jì)90年代美國(guó)的飛機(jī)設(shè)計(jì)20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，CFD技術(shù)排名第八，這是最重要的技術(shù)領(lǐng)域，且對(duì)中國(guó)禁售。在今天的美國(guó)航空航天工業(yè)中，CFD約占空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)工作量的70%，而風(fēng)洞測(cè)試僅占30%。隨著CFD技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)飛機(jī)性能的確定將取決于在“虛擬數(shù)值風(fēng)洞”數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的“虛擬飛行”。

　　新材料的應(yīng)用。航天材料性能對(duì)飛機(jī)性能的影響非常重要，可以毫不夸張地說(shuō)，材料的更新決定了飛機(jī)的換代。目前，大型客機(jī)的機(jī)身材料主要包括鋁合金，鈦合金和樹(shù)脂基復(fù)合材料，而今后飛機(jī)機(jī)身材料的應(yīng)用重點(diǎn)是高性能的樹(shù)脂基復(fù)合材料。雖然復(fù)合材料比鋁合金更貴，但它可以將飛機(jī)的重量減輕10%至30%，節(jié)省的燃油經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)可以抵消其高成本的影響。C919采用了大量先進(jìn)的復(fù)合材料和先進(jìn)的第三代鋁鋰合金材料，其中復(fù)合材料的使用率將達(dá)到20%。這使得飛機(jī)在確保設(shè)計(jì)強(qiáng)度的同時(shí)大大減輕了結(jié)構(gòu)重量。世界先進(jìn)的第三代鋁鋰合金還是首次應(yīng)用在國(guó)內(nèi)民航飛機(jī)上，鋁鋰合金的比例甚至高于空中客車A380。此外，占飛機(jī)總結(jié)構(gòu)重量20%～30%的鋁合金，鈦合金和鋼材全部來(lái)自國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商，這充分體現(xiàn)了C919大型客機(jī)驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的能力。與此同時(shí)，由于大量使用復(fù)合材料，C919的機(jī)艙噪音預(yù)計(jì)將降至60分貝以下，而國(guó)外同類機(jī)型的機(jī)艙噪音為80分貝。

　　制造與裝配。C919大型客機(jī)國(guó)產(chǎn)化制造的最大特點(diǎn)是引入了五條具有世界級(jí)水平的自動(dòng)化裝配線，同時(shí)深化了并行工程，數(shù)字化制造和管理的應(yīng)用。它集成了數(shù)字鉆孔和自動(dòng)化設(shè)備，如自動(dòng)鉆孔和鉚接、自動(dòng)對(duì)接、數(shù)字測(cè)量、自動(dòng)傳輸和自動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試，這是中國(guó)大型飛機(jī)裝配技術(shù)的重大突破。外界戲稱我們的國(guó)產(chǎn)C919為造殼，然而成為第三個(gè)能完整制造大飛機(jī)的國(guó)家，造殼也是有核心技術(shù)的，裝配產(chǎn)業(yè)鏈的成熟發(fā)展也是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。

圖2 C919殼體制造分解

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　　大飛機(jī)未來(lái)的發(fā)展前景

　　C919是一架擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型國(guó)產(chǎn)飛機(jī)，也是第一架國(guó)產(chǎn)商業(yè)飛機(jī)。C919大飛機(jī)成功首飛的意義不僅僅在于項(xiàng)目本身，更重要的是它為中國(guó)國(guó)產(chǎn)飛機(jī)研制積累了極其重要的技術(shù)，促使中國(guó)形成自己的民航飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)體系，推動(dòng)整個(gè)飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)鏈的同步發(fā)展。

圖3 大型飛機(jī)制造上下游產(chǎn)業(yè)鏈

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　　C919客機(jī)不僅僅用于滿足中國(guó)市場(chǎng)，它要對(duì)標(biāo)的是最新的737MAX與320NEO等國(guó)際窄體客機(jī)。而截至到2018年10月，波音(Boeing)已經(jīng)交付了10314架737客機(jī)，空中客車(Airbus)總共交付了8512架320飛機(jī)。與他們相比，還處于襁褓中的C919要面臨巨大的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力。C919的首飛仍然是劃時(shí)代意義的，它打破了西方巨頭的壟斷局面，但未來(lái)要形成“ ABC”的競(jìng)爭(zhēng)格局，還需要中國(guó)制造的整體水平和能級(jí)的提升。

　　結(jié)語(yǔ)

　　C919的成功研發(fā)及試飛是中國(guó)航空業(yè)的巨大進(jìn)步，后續(xù)的中俄合作機(jī)型C929能更加成熟及更全面的國(guó)產(chǎn)化。相信堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新，努力完成大型飛機(jī)的航空電子，發(fā)動(dòng)機(jī)和飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，我們將能夠建立一個(gè)可持續(xù)和有競(jìng)爭(zhēng)力的航空產(chǎn)業(yè)。