国产C919大飞机终于要首飞了(由于天气等原因,改至5日下午两点),据C919型号大型客机副总设计师周贵荣在商飞新闻发布会上表示,目前C919型号飞机整体国产化率可以达到50%以上,其中包括国内企业和国内外合资企业在国内的本土化生产。

001ednc20170505 C919国产大飞机已经由商飞厂房拖往浦东机场,为下午的首飞仪式做准备

自2007年2月国务院批复大型飞机研制重大科技专项正式立项,到2015年11月2日C919总装下线,再到2017年5月5日首飞,科研人员针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。

但期间,伴随C919成长的还有“攒机”还是“自主研发”的质疑。EDN早前也有文章探讨过这个问题:《C919被指“攒机”,有些时候我们需要兼听则明

首次自主设计超临界机翼达到世界先进水平

C919的机翼设计采用了超临界机翼。与传统机翼相比,超临界机翼可使飞机的巡航气动效率提高20%以上,进而使其巡航速度提高将近100多千米/小时。

与此同时,如果用同一厚度的标准来设计传统机翼和超临界机翼,超临界机翼的整体阻力比传统机翼要小8%左右。采用超临界机翼还可以减轻飞机的结构重量,增大结构空间及燃油容积。

发动机不是国产,那还算“自主研发”?

在研发上,中国商飞采取“主制造商+供应商”的模式,这是当下飞机制造商普遍采用的方式。飞机设计集成、总装制造、市场营销、客户服务和适航取证等任务都由中方承担,而零部件供应则采取全球招标的形式,通用、联合技术公司、霍尼韦尔公司等一批欧美顶级航空制造企业以及中航工业旗下很多专业制造公司,都是飞机零部件的重要供应商。而国际多家设备供应商还与国内企业组建了16家合资企业,涵盖航电、飞控、电源、燃油和起落架等机载系统。

据了解,C919选用的是CFM公司(CFM是美国通用电气集团旗下的GE航空和法国赛峰集团旗下的斯奈克玛这两家发动机厂商合资的一家公司)的LEAP-1C发动机。这并不奇怪,美国的大飞机上也不一定用美国的发动机,例如波音的737 MAX使用的是CFM公司的LEAP-1B发动机,同样不是血统纯正的美国货,而波音的747除了会使用美国GE航空的CF6发动机或美国普惠公司的发动机,也会使用英国罗罗公司的RB211发动机,也并不完全是百分百的美国国产发动机。

对于是不是自主产权这个质疑,知乎网友鱼干侠提出的反问就很有意思:美国波音747飞机上的450万个零件是由6个国家的500家大企业和1.5万个中小企业参与协作制作出来的。这说明波音747并不是美国生产的飞机?

就像购买房子签合同时,只看这房子是谁开发的,与这房子是谁承建的,用的谁的建材无关一样,决定大飞机归属的也不是发动机的血统、机载系统的产地,而是知识产权的所有人。因此可以确定,C919是中国自主知识产权的大飞机。

为啥发动机不是国产的?

有人会问,C919的发动机为啥不用国产的呢?航空发动机的研制都有哪些难题呢?

中国的现代化工业起步比国外晚,技术也比较落后,这让中国的航空发动机水平和中国航空整体水平相比比较低,这个短板影响了整个航空工业的实力。而我国在大飞机的发动机上落后很久,上世纪轰动一时的运10所用发动机就是波音707所用JT3D-7发动机。当时虽然已经开始着手研制我国自己的发动机,但是因为种种原因运10下马,科研资料全部销毁,致使我国发动机事业停滞不前。

难点1:四高

简单而言,喷气式飞机发动机就像是一个两端都开口的圆筒,从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列的内部结构,而后变为高温、高速的燃气从后端喷射出去,就产生了向前的反推力。所以,飞机发动机的特点是“高温、高压、高转速、高负荷”。

这四高,简直是个大难题。一般喷气发动机内部某些部位的温度在1600℃左右,而发动机风扇后的压气机进口空气和出口空气的压强都要比大气压强要高得多。

与发动机相比,大飞机用的大涵道与发动机和战斗机的小涵道又有不同,所谓涵道比就是发动机外涵道与内涵道之比,抛开种种晦涩的技术细节不谈,普通人能够直观明白的是,大涵道比发动机比小涵道比发动机的油耗小、推进效率好、经济性能高,不过制造要求也更高,稳定性更强,比如前者的风扇叶片起码有一米多,而后者则只需0.3—0.4米左右。

拿一款非常高端的发动机来说,罗尔斯·罗伊斯公司为A380生产的发动机内部的最高温度达到了太阳表面的一半,发动机内部的压力达到了50个大气压,涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时,而它的叶片有3米多长。这四高两低简直是制造民用大飞机发动机的紧箍咒。

难点2:经济性与舒适度

除了四高难题以外,民用客机的发动机还必须考虑经济性能和舒适度,也就是说,油耗要低,噪音也要低。而这些林林总总的问题也正导致了我国飞机发动机发展缓慢。

难点3:发动机的材料和工艺

此外,材料和工艺难题也是不能忽略的,要保持燃油火焰在以每秒100多米高速流动的高压气流中稳定燃烧,这与在狂风中保证手中火炬不灭一样困难;同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀,不仅需要耐高温材料和耐热涂层,还要通过燃烧室结构设计,采取冷却手段,降低燃烧室筒壁温度。

目前国外发达国家的发动机主轴承的寿命都在1万小时以上,而我国的基本在900小时以内,差距还很大。而现代高性能航空发动机都采取一些高强度、耐高温材料,包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。有分析认为,中国现在超耐热合金还不能完全自给,据估计中国每年超耐热合金的生产量约为10000吨,而需求量则为20000吨。更有专家指出,制造发动机风扇的复合材料目前国内做不出来。

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