从运-10到C919,中国大飞机的苦难与辉煌(2)

2015-12-21 13:28 科技日报

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来源标题:从运-10到C919,中国大飞机的苦难与辉煌

过度追求国产化并不适合民机制造,组合是另一种创造

虽然C919技术指标出众,但由于其发动机等部件产自国外,许多人产生了质疑:“这能算作完全自主知识产权吗?”

当然算。

C919项目常务副总设计师陈迎春向媒体表示,C919飞机的自主创新有几个重要标志。“在设计上,我们一分钱也没给外国人。我可以负责任地说,C919完全是自主设计。”他说。

陈迎春介绍,大飞机项目启动后,首先要做可行性研究和初步技术方案论证。初步技术方案设计也叫联合概念设计,是最关键的部分,包括确定飞机机翼、机身、尾翼、发动机、起落架几大部件的布局,航程、座级的参数,以及装什么样的发动机和系统、发动机量级、电源功率等。“就像盖房子,先要构思房子盖几层,盖什么样式,使用什么建材。这很重要。”

随后是系统联合定义设计,主要是向供应商描述飞机,告诉他们发动机和系统的要求等。与此同时,我国开展了气动、结构强度和系统方案初步设计,通过仿真计算分析、制作模型、风洞试验和结构强度试验等,逐步确定飞机的气动外形和结构。

“气动外形由我国自行设计、试验完成。”陈迎春说,设计机翼时,集中了国内飞机气动专业百位顶尖专家,设计了500多副翼型,通过计算选出8副进行风洞试验验证,再选出4副相互评议,在总结四个方案的优点后合四为一进行验证,最后形成用在飞机上的机翼。经过在欧美多国测试,这副机翼使C919的升阻比、巡航特性、失速特性、噪声水平、结冰特性等重要指标均优于竞争机型,获得了国外同行的高度认可。

参与C919翼型设计的西北工业大学飞行器设计工程系教授白俊强表示,翼型设计是非常基础的研发,只能靠中国人自己从零摸索,在C919成功之后,中国人在气动外形设计方面,首次跟外国同行坐在了同一张讨论桌。

“飞机的机体,从设计、计算、试验、制造全是中国人自己做的。”陈迎春说,“我们还自主完成了飞机的系统集成。”

对于系统集成,许多人并不理解:“不就是组装吗?”

陈迎春表示,系统集成本身就是集成创新。

“飞机绝不是把零件买来装上就行了。要经过总体设计,从顶层开始将需求层层分解,让供应商按照要求来做。拿到零部件,我们要进行匹配设计,大规模集成,再完成组装。”郭博智说,“许多外形上看不见的改变才是最难的。”

以备受争议的发动机为例,丛昊介绍说,虽然C919的发动机购自CFM公司,但吊挂结构形式却属首创。这种一体式吊挂,将发动机的控制部件和附属设备都集成了进去,波音空客等大公司都没用过。他说:“以往的反推都是挂在发动机上,现在则是挂在吊挂上。没有前人做过,全靠我们自己试验。”

陈迎春说,飞机上复杂的大型系统如航电、飞控等,都被拆成子系统让供应商做,再由中方集成。比起购买整套系统,虽然增加了难度,但有助于掌握技术,为以后开发新型号积累经验。

有人觉得,既然是自主研制大飞机,就该尽量采用国产零部件,而非购买、集成国外产品。

郭博智认为,过度追求国产化概念,并不适合民用飞机制造。这与爱国情结、民族情结无关,民机产品需要国际化。

商飞公司采用的“主制造商—供应商”模式,早已在国际民机产业通行。刘乾酉表示,如今民机产业特点是全球化、专业化、开放式的运作,“闭门造车”已不能适应当前的市场。“民机要求每个部件都达到统一标准,一个国家不可能什么都做到最好,必须依靠市场和制造全球化。”他说,在民机产业链中,主制造商是领导企业,和供应商形成战略同盟关系。“我们占据了主制造商这块高地,一说要造什么飞机,等于树立一面旗帜,可以‘招兵买马’。”

郭博智介绍,波音、空客也互为供应商,许多零部件也在中国生产。“一堆珍珠散落在全球各地,我们要把最好的拿回来,做一根绳把它串成项链。只要有一颗珍珠有瑕疵,项链就卖不上价钱。民机制造也是如此。”他说。

不过他认为,虽然不强求国产化,却要通过C919项目带动国内相关行业的提升。他介绍,作为C919的主制造商,中国商飞与波音、空客、庞巴迪、巴西航空工业公司等19家国际一流供应商展开了合作。但根据合同要求,我国与外国供应商建立了十多家合资公司,必须从合资公司交产品。“强迫外方跟国内企业合作,能帮助国内机载设备供应商站在巨人肩膀上,一起参与世界竞争。”他说,“从铆钉到接插件,从设备到系统,我们都要前进,让国内整个工业水平得到快速提升,最终形成国内外合理布局、有序竞争的供应商体系。”

从试飞到市场障碍重重,驰骋蓝天还需负重致远

尽管C919带着许多亮点成功下线,但要“飞”向市场,前方的跑道依然障碍重重。

大客机用的喷气发动机,都是“大涵道比”涡扇型——螺旋高速旋转吸气,把空气吹向后方;其中大部分跟燃烧尾气一起推动飞机,小部分吹进燃烧室,两个的比例大于4∶1就是大涵道比。飞机在音速以下飞行,4∶1以上的比例可使能效达到最高;经常要超音速的战斗机,就得把更多空气送入燃烧室,产生更多高温尾气——这就是小涵道比涡喷发动机。

前苏联制造的军用航空发动机完全满足其庞大的空军需求,中国也早就能造大推力军用航空发动机。但民用航空发动机难得多,因为它不能容忍使用1000个小时后表现就大打折扣,也供不起高油耗。

目前在全球范围内成功的民用航空发动机公司,只有通用,普惠,罗·罗,通用与塞峰合资的CFM,以及普惠与日、德合资的IAE。这是一个资金、技术极度密集的行业,说到底只有两家美国公司和一家英国公司玩得转。一个新系列的发动机要几十年预研加研发,谁要挤入这个市场,需先做好几十年连续实验烧钱的准备,而且这钱还很可能打水漂。比起大飞机公司,一家成功的全球航空发动机公司要难得多。

中国何时能够后来居上,让C919装上“中国心”?

据了解,为解决发动机薄弱的问题,中航工业在2009年联合上海电气集团等国有企业共同发起成立了中航商用航空发动机有限责任公司,其主要目标是解决国产大涵道比发动机研发、制造、装配、试车、服务等方面的需求。

2012年第九届珠海航展上,中航工业首次对外公布了国产航空发动机追赶世界先进水平的“三步走”路线图。按照这一规划,中国将在2020年左右接近国际先进国家水平,并在随后一段时期内,实现在部分领域赶超世界先进水平的发展目标。这一规划被业内人士解释为是一个从“填空补缺”到“望其项背”,最终确保和发达国家“并驾齐驱”的过程。但按照目前的节奏,实现目标还有相当的难度。

2015年两会期间,由李克强总理所作的政府工作报告中,明确指出要发展国家战略新兴产业,首次将发展航空发动机、燃气轮机列入其中,并提出要把一批新兴产业培育成主导产业。

5月份,国务院印发的《中国制造2025》指出,突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术,建立发动机自主发展工业体系,开发先进机载设备及系统,形成自主完整的航空产业链。

今年10月中旬,有消息称,我国正计划单独成立国家航空发动机集团公司来整合相关资产和技术力量。其将是与中航工业以及中国商飞属于同一级别的央企。这或许将在一定程度上加速航空发动机的研发进程。

不谈“中国心”的难,C919离终点撞线,还有一场障碍赛要跑。其“探路者”ARJ21在11年又3个月的适航审查、超过6年试验试飞中遭遇的苦难,C919得再过一遍。

“世界上大飞机的设计研制,没有一型是不拖的。太复杂了。你想不到哪里会突然冒出来一个很长时间才能解决的问题。”郭博智说,“我们可能会投入6架飞机,试飞3年,完成所有的试飞科目,才能拿证。”

最终,C919要取得FAA和EASA(欧洲航空安全局)的适航证,进入欧美市场,才能被全球认同。有评论说,C919大量选择美欧知名厂商为合作伙伴,也是为未来领证开路。

据预测,未来20年全球航空需要新增32600架商用大飞机,总价值近5万亿美元。中国也会在未来10年内成为世界最大的航空运输市场。这也是C919拼命的动力之一。

C919面临着严峻的市场竞争。空客的新一代A320、波音的新一代B737与C919的市场定位几乎重合。即使中国商飞成功地兑现500多架意向订单,波音和空客两家也是比它高出一个数量级的供货商。

回首世界航空历史,中国商飞必须直视民用飞机奋斗路旁的累累残骸:麦道公司连年巨亏,1990年代被波音兼并;德国多尼尔公司1980年代崛起,1990年代就被兼并;制造多款著名飞机的康维尔公司1970年代退出民航市场;洛克希德公司在民航竞争中落败……中国商飞志在跟空客、波音抗衡,但谁也无法预言胜利。

电视直播C919下线时,曾有中国网民评论,更高兴的是看到飞机旁边的工程师很年轻。这支团队主要来自北航、南航和西工大,担纲的技术管理者们大多三四十岁。他们还要打几十年的持久战。

“如今中国的国力增强,科技、工业水平提升,体制机制更加完善、民航产业也发展得更为现代化,方方面面的条件都已具备。ARJ21、C919等型号的研制拉动了各行各业的创新,得到了一系列成果并广泛应用。”郭博智说,“我们现在肩负的责任,不仅是研制这两型飞机,还要把整个产业链、技术体系、管理体系搭建起来。但这需要一个过程。”

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