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独家内幕!国产大飞机的设计与研发难点,绝对不能错过!
2019-10-17
摘要:大型飞机的研制是国家综合实力和航空业实力的体现。中国在飞机总体设计、计算流体动力学(CFD)应用、航空发动机、新材料应用、飞机制造和装配等方面取得了长足的进步,本文主要介绍了大飞机研制过程中相关技术的突破。

    大型飞机的研制是国家综合实力和航空业实力的体现。中国在飞机总体设计、计算流体动力学(CFD)应用、航空发动机、新材料应用、飞机制造和装配等方面取得了长足的进步,本文主要介绍了大飞机研制过程中相关技术的突破。

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  一、大飞机的定义:

  大型飞机在国际航空业上定义为最大起飞重量超过100吨的运输机。

  在国际上,习惯上将300左右座位的客机称为“大型客机”,这主要取决于各国航空业的技术水平。

  中国目前的大型飞机主要包括大型运输机运20,水陆两栖飞机AG600和大型商用飞机C919。

  C919是COMAC C919的简称,属于短程、双发、单通道民航运输机。

  在中国航空史上,它自然是第一架民航大飞机,但在世界客机的历史上,尤其是在巨型AIRBUS A380出现之后,多把载客量300人左右的双通道飞机称为“大型客机”。

  二、大飞机的研发技术难点:

  大飞机的研制是一项庞大而复杂的系统工程,需要很多部门及科研院校的紧密配合,有要举全国之力来推动完成。

  这其中涉及诸多高端科研领域,比如空气动力学、气动外形设计、机身材料、航空电子设备、自动飞行、动力装置和装配制造领域等。

  因此,大型飞机的开发制造是一项极其复杂的多学科系统工程。

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  图1 C919关键技术解析

  来源:中国商飞公司

  1)气动外形技术:

  飞机气动外形设计在飞机总体设计中起着非常重要的作用,可为性能计算、结构载荷计算和飞行控制设计提供重要的依据。

  它还在确保飞行速度、航程、载重量、安全性、经济性和舒适性方面发挥着不可替代的作用。

  C919气动外形涉及机头、机翼、尾翼和发动机等方面的设计,以期最大限度地减少空气阻力并降低油耗。

  在机翼方面,C919飞机采用新一代超临界机翼空气动力学设计技术,以实现比同类飞机更好的巡航气动效率。

  2)计算流体力学(CFD)技术:

  CFD技术已广泛用于飞机设计,大大缩短了飞机开发周期。

  在20世纪90年代美国的飞机设计20项关键技术中,CFD技术排名第八,这是最重要的技术领域,且对中国禁售。

  在今天的美国航空航天工业中,CFD约占空气动力学设计工作量的70%,而风洞测试仅占30%。

  随着CFD技术的进一步发展,未来飞机性能的确定将取决于在“虚拟数值风洞”数据的基础上产生的“虚拟飞行”。

  3)新材料的应用:

  航天材料性能对飞机性能的影响非常重要,可以毫不夸张地说,材料的更新决定了飞机的换代。

  目前,大型客机的机身材料主要包括铝合金,钛合金和树脂基复合材料,而今后飞机机身材料的应用重点是高性能的树脂基复合材料。

  虽然复合材料比铝合金更贵,但它可以将飞机的重量减轻10%至30%,节省的燃油经济效益远可以抵消其高成本的影响。

  C919采用了大量先进的复合材料和先进的第三代铝锂合金材料,其中复合材料的使用率将达到20%。

  这使得飞机在确保设计强度的同时大大减轻了结构重量。

  世界先进的第三代铝锂合金还是首次应用在国内民航飞机上,铝锂合金的比例甚至高于空中客车A380。

  此外,占飞机总结构重量20%~30%的铝合金,钛合金和钢材全部来自国产供应商,这充分体现了C919大型客机驱动国内基础产业的能力。

  与此同时,由于大量使用复合材料,C919的机舱噪音预计将降至60分贝以下,而国外同类机型的机舱噪音为80分贝。

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  4)制造与装配:

  C919大型客机国产化制造的最大特点是引入了五条具有世界级水平的自动化装配线,同时深化了并行工程,数字化制造和管理的应用。

  它集成了数字钻孔和自动化设备,如自动钻孔和铆接、自动对接、数字测量、自动传输和自动系统测试,这是中国大型飞机装配技术的重大突破。

  外界戏称我们的国产C919为造壳,然而成为第三个能完整制造大飞机的国家,造壳也是有核心技术的,装配产业链的成熟发展也是一个国家综合实力的体现。

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  图2 C919壳体制造分解

  三、大飞机未来的发展前景:

  C919是一架拥有自主知识产权的大型国产飞机,也是第一架国产商业飞机。

  C919大飞机成功首飞的意义不仅仅在于项目本身,更重要的是它为中国国产飞机研制积累了极其重要的技术,促使中国形成自己的民航飞机制造产业体系,推动整个飞机制造产业链的同步发展。

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  图3 大型飞机制造上下游产业链

  来源:中国商飞公司

  C919客机不仅仅用于满足中国市场,它要对标的是最新的737MAX与320NEO等国际窄体客机。

  而截至到2018年10月,波音(Boeing)已经交付了10314架737客机,空中客车(Airbus)总共交付了8512架320飞机。

  与他们相比,还处于襁褓中的C919要面临巨大的商业竞争压力。

  C919的首飞仍然是划时代意义的,它打破了西方巨头的垄断局面,但未来要形成“ ABC”的竞争格局,还需要中国制造的整体水平和能级的提升。

  大飞机C919的成功研发和试飞,是中国航空业的巨大进步,彰显出自主创新的力量,同时标志着中国大飞机制造进入世界先进水平,让我们的祖国也能扬眉吐气一番。相信坚持技术创新和制度创新,努力完成大型飞机的航空电子,发动机和飞行控制等关键技术的研发,我们将能够建立一个可持续和有竞争力的航空产业。

  正如C919所展现的成果一样

  这是多少科技人员日日夜夜技术攻坚的结果

  他们直面困难

  勇于实践,不断创新

  使中国航空事业的发展达到一个新高度

    来源:金智创新

  由兴迪源机械编辑

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