滿身進口部件的C919,為何仍是名副其實的國產大飛機?
最近幾個月,在繁忙的上海浦東機場出現了一個特別的身影,吸引了無數人的目光。我國自己的大型民航客機C919在這裡進行了低速、高速滑行試驗。今天,她終於從浦東機場第四跑道上騰空而起,在安全飛行75分鐘後、完成所有測試項目後首飛成功!
從C919一年多前整機下線、與大家見面的那一天起,對她國產化程度的質疑就不絕於耳。目前,飛機的心臟——發動機使用的是美國和法國合作研發的LEAP-X1C發動機,其他部件也有不少是從國外公司採購或者與國外公司合作研發的。有觀點認為,「國產大飛機」名不副實,只能算是外國零件的組裝貨。
實際上,目前佔據國際民航飛機市場大部分份額的波音(Boeing)公司和空客(Airbus)公司在設計製造他們的大型民航客機時,也需要從其他供應商那裡大量採購飛機部件。例如,兩家公司使用的發動機,都來自於普惠(P&W)、羅羅(RR)和通用電氣(GE)這三家公司(LEAP-X1C發動機來自於普惠和法國賽峰集團的合資公司)。客戶在訂購某一種機型時,甚至可以根據自己的需要選擇到底使用哪家公司的發動機。波音公司與C919運能相當的新機型737 MAX,其導航、飛行管理、輔助動力,以及照明系統等都來自於供應商霍尼韋(Honeywell)公司。採取「主製造商-供應商」模式,在全球範圍內進行零部件的採購,已經是目前民航飛機製造的通用方式了。
(A380客機採用的羅羅發動機。這架發動機製造商和豪車品牌勞斯萊斯系出同源。)
對於大飛機這樣複雜的產品來說,整體的設計是很重要的。沒有整體設計,即使把全世界最好的發動機、機身、飛控、電傳等等系統組合起來,也得不到一架能飛的飛機,更不用說獲得良好的商業效益,能在民機市場上佔有一席之地了。C919的總體研發工作、總體設計都由中國商飛完成,中國商飛的設計團隊需要權衡各個系統的參數、特性,讓他們能夠一起高效工作,實現C919的各項設計指標。在總體研發和設計方面,我國擁有自己的知識產權。
飛機能夠飛行,靠的就是氣流對機體、機翼的托舉。機體設計的水平,很大程度上決定了飛機的速度、油耗等關鍵參數。民航客機都是亞音速飛機,在飛行加速到一個與音速(聲音在空氣中傳播的速度)接近的速度時,飛機受到的空氣阻力會急劇增加。航空界將這個速度稱為臨界馬赫數。臨界馬赫數越高,飛機在實際使用中就能飛的越快。C919的機翼採用了當代最先進的超臨界機翼,通過對機翼形狀的特殊設計,能提高機翼的臨界馬赫數,使機翼在接近聲速的高速飛行時阻力急劇增大的現象延遲發生。C919還應用了新型翼梢小翼、新型流線型機頭等設計,來減少飛機受到的空氣阻力。C919的最高速度可達0.84馬赫,巡航速度可達0.82馬赫,比空客A320和波音737都高。同時,飛機阻力要比這兩種飛機低5%,油耗低15%。
這些技術並非中國商飛首創。例如,美國波音公司最新研發的大型雙通道客機波音787,就採用了超臨界機翼設計。雖然超臨界機翼的概念無需太多篇幅就可以講清,但真正設計出一種超臨界機翼並不是一件容易的事情。作為核心技術,波音公司顯然不會將機翼的技術細節透漏給我們。C919臨界機翼、翼梢小翼和機體外形等氣動設計,是通過超級計算機的模擬和大量的風洞試驗獲得的。C919的設計工作使用了天河1號(天津)、天河2號(廣州)等國之重器級的超級計算機,共耗費了600萬個CPU小時。這樣的計算量需要配置普通4核CPU的計算機運算170多年。此外,設計人員還進行了9000多次風洞試驗,才完成了這項極具挑戰性的任務。
(大飛機的研製背後是整個國家的科技實力)
有些部件,雖然可以從國外採購,但核心技術必須我國自行研發。C919採用了電傳飛控系統,飛行員的控制指令發出後,由中央計算機根據飛機舵面位置信息,進行比較、計算、綜合後,驅動舵面按預定規律運動。中央計算機還會對飛行員的控制信號進行處理和判斷,如果發現飛行員的操作可能使飛機進入超速、失速、過載等危險情況,就不會完全執行飛行員的操作指令,而是對飛機進行安全保護。這樣,大大提高了飛機的安全性,防止了飛行員誤操作使飛機墜毀的悲劇發生。雖然C919的電傳系統是國外供應商提供的,但電傳系統的核心演算法屬於美國政府禁止出口的尖端技術。C919的電傳系統核心演算法完全由中國研發,具有自主知識產權。
(高度數字化的C919駕駛艙)
可以說,C919是名副其實的國產大飛機。
回首已經成為中國名片的高鐵的發展歷程,在動車組列車剛剛開始運行時,我們甚至要從國外進口整列列車。通過不斷學習吸收,如今我們不但已經全面掌握了高鐵的核心技術,還設計製造出了中國標準的高鐵列車。對於C919來說,採購外國部件,加快飛機取得適航證、投入運行的進度應該是目前技術和商業上的最優選擇。未來,通過對相關技術的不斷吸收,C919部件的國產化率有望進一步提高。如果進展順利,國產的CJ1000發動機將於2022年裝備C919。畢竟,錢還是讓自己人賺了更好。
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