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商飞揭秘大飞机“2.5G精神” 第二架C919飞机正组装

发布时间:2015-12-13
来源:澎湃新闻
分类:IT
浏览:3981

导读:入冬的申城,在刺骨的寒风和阴雨中,大飞机研制进展喜讯不断。11月2日,中国自主研制的C919大型客机首架机正式总装下线。27天后,同样由中国自主研制的首架喷气式支线客机ARJ21交付首家用户成都航空公司,即将于明年开启航线运营的全新旅程。

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中国商飞ARJ21飞机

  入冬的申城,在刺骨的寒风和阴雨中,大飞机研制进展喜讯不断。

  11月2日,中国自主研制的C919大型客机首架机正式总装下线。

  27天后,同样由中国自主研制的首架喷气式支线客机ARJ21交付首家用户——成都航空公司,即将于明年开启航线运营的全新旅程。

  作为C919的“探路石”,ARJ21历经长达11年又3个月的适航审查、超过6年的试验试飞,成为中国首款按照国际民航规章研制的客机,几乎每一项工作都在填补中国商用飞机研制领域的空白,对C919未来将进行的适航审查提供了宝贵的经验和财富。

  “我们商飞承担的任务就像数字电路,只有1和0,要么失败要么成功,没有终结的过程。”ARJ21新支线项目副总指挥郭博智对澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)说,“我们虽然发展晚,起步低,但要一步走到头,与巨人竞争。”

  在此背后,是中国商飞公司超过9600位员工的努力,其中,更有七成以上员工是“80后”。在他们身上,涌现了诸如ARJ21飞机“2.5G静力试验失败事件”后反败为胜的事例,“哪里跌倒哪里爬起”的“2.5G精神”,在公司内被树为模范。

  从ARJ21到C919,这支令国外同行惊讶的“最年轻团队”,创造了几项“中国大飞机研制之最”:与国外技术相差40年的最艰难起步,最长的试验试飞时间,最多的极限载荷试验,最细致的客户服务优化,直到接近最佳经济安全性能……中国大飞机擦亮了“中国智造”的牌子。

  最艰难的断代起步

  在中国商飞公司位于浦东的总装线车间内,第二架C919飞机还在紧张地组装中。数十名飞机工程师、技师、质量管理人员各就其位,看似“稚嫩”的面孔,在总装线上游刃有余,他们忙碌的身影让整个工厂都显得朝气蓬勃。

  一名商飞内部的管理人员对澎湃新闻表示,在中国商飞公司,35岁以下的年轻人占74.2%,近年来还有很多“90后”的新进人员,他们大多来自民航“三大校”——北京航空航天大学、南京航空航天大学、西北工业大学——以及一些985院校相关专业的本科和硕士毕业生。正是这支年轻的队伍,撑起了中国大飞机设计与制造的半壁江山。

  而这道独特的青春风景线背后,却是中国民机研发领域空白30年、人才断档一代人的尴尬事实。

  上世纪70年代,我国首次自行研制大型喷气式客机运-10,但到了80年代项目下马。ARJ21新支线飞机项目督查组成员刘乾酉亲历了这段历史,“几十年没有研制飞机型号,年轻人全部跑光了,从事各行各业的工作,队伍溃不成军。”

  而同一时期,1970年成立的空中客车公司研发出的经典机型A320,在1988年成功投入运营,最终打破波音公司对商业航空的垄断,在30年内迅速崛起,构成了民机市场波音-空客两巨头垄断的格局。

  ARJ21飞机前副总设计师周济生此前在接受媒体采访时表示,运-10与当时的国际一流水平相差不过10年,但现在中国商业飞机研制与国际一流水平已经相差40到50年。

  2000年2月,国务院决定发展具有自主知识产权的ARJ21新支线飞机项目。2002年成立项目公司——中航商用飞机有限公司,确定了19家一流的国外发动机和机载系统供应商作为合作伙伴,与先锋用户签订购机协议。2007年12月21日,ARJ21实现总装下线。

  2008年5月,在大型飞机项目列入国家中长期科技规划16个重大专项之一的背景下,中国商用飞机有限责任公司在上海揭牌成立,承担ARJ21任务的中航商飞整体并入。经过半年的论证,C919项目也正式启动。

  “我们是一群爷爷辈带着一群孙子辈,干国产的大飞机。”2007年,刘乾酉从中航商飞副总经理的岗位上退休,很快又被返聘为ARJ21督察组成员。他对澎湃新闻记者感慨,大飞机项目重启时,运-10当年的很多技术骨干已经几十年没有在一线从事研制工作,“知识结构老化,一切都得从头开始。”

  刘乾酉说,虽然中国已经成为全球重要的大飞机制造基地之一,但中国自主设计大飞机的重要意义怎么说也不为过,因为只有拥有自主知识产权才能主导经营权。

  他以亲身经历举例称,当年麦道公司和上飞合作生产麦道-90,但最后麦道公司被波音公司收购,终止生产计划。“中国制造厂承担了70%的工作量,但是产权是人家的,说终止合同就终止合同,眼睁睁看着几千工人下岗,结果很悲惨”。

  他认为,成为飞机主制造商就像树立了一面大旗,只有这样才能在全世界“招兵买马”。不能用旧观念所认为的一切都是国产才是“国产大飞机”,而应该看在生产制造中的主导权在谁手里。

  最佳经济安全性能

  然而,时至今日,民间和网络舆论仍有不少针对中国大飞机“自主知识产权”含金量的质疑,认为中国大飞机是“攒”出来的组装货,“只有壳子”。

  其实,商飞公司采用的正是国际通行的“主制造商-供应商”模式。

  郭博智解释称,“在全球民用航空领域,主制造商是没有国产化概念的。”他举例道,比如波音公司的飞机部件很多就在中国国内生产,空客、庞巴迪、安博威等公司对部件的态度都是谁做得好用谁的。

  继ARJ21与19家国际供应商合作后,C919项目也面向全球公开招标,选定了17家国际供应商,并且更进一步,促成了这些供应商与中航工业等成立了16家合资企业。

  “民用飞机提国产化,对国际销售反而有负面影响。但我们有责任拉动国内机载设备供应商成长。”郭博智说,商飞公司已经并将持续做类似工作,“以后不排除哪架飞机出来,直接让国产供应商跟我们在一个飞机上试验,只要通过适航程序,以后就选你的设备。”

  郭博智说,由于以前民机没有需求,企业缺乏研究,小到舱门的密封件和机上的铆钉,目前都还达不到采购标准,只能从国外采购。大飞机“国产化”的目的正是推动国内产业发展和工业水平的进步。

  “举全国之力,聚全球之智”,是中国大飞机发展的口号。郭博智打了个比喻,“要充分选择全世界的好产品,就像把散落在全球的一颗颗珍珠挑拣回来串成一串项链,如果珍珠有一颗不好,那么整串珍珠项链就不好。”

  事实上,要把“珍珠项链”串起来并不是容易的事。多位商飞公司员工告诉澎湃新闻记者,设计、总装和系统集成才是核心能力。

  “大飞机的设计生产不是简单地把别人的东西买来装上,而是要基于需求层层分解,在顶层架构上重新设计,才能得到最终的成果。”郭博智说,“许多外形上看不见的改变才是最难的。”

  其中,最核心之一的设计是机翼的超临界翼型设计,“从翼根到翼梢,每个横截面都不一样。”郭博智介绍,商飞公司找来全国各大院校、研究所,上百家机构做翼型研究,几十家做机翼分析,尽可能将飞行阻力降到最低,减少发动机油耗。

  一体化发动机吊挂设计也是C919的骄傲所在。它不仅是完全的自主知识产权,更是国外客机都未曾使用的技术。

  吊挂和发动机短舱一体,意味着发动机所需的控制部件,包括其他附属设备都要完全放进短小的一体化结构中,需要对内部空间缜密的计算和利用,防止出现故障和过热等情况。

  相比国外型号,这一设计能使飞行阻力减少好几个百分点,配合新型机翼,再加上CFM国际的LEAP-1C发动机本就比市面上现有型号油耗低15%,整机相比国外现役民航客机的经济性明显高出一筹,这也是C919最大的技术竞争力。

  此外,C919一体化发动机吊挂采用的应急断离技术,能在紧急迫降时降低人员伤亡概率,也是国外民航机都很少应用的技术。它要求发动机吊舱和机翼之间用断离销连接,保证吊舱在接地时瞬间脱落,不会撕裂机翼特别是机翼内油箱而产生更危险的后果。

  据上飞院结构设计研究部短舱吊挂室主任丛昊介绍,由于没有成熟经验,整个流程完全要靠自己去摸索。为此上飞院成立了攻关组、依靠大量设计计算和上千次的试验模拟,终于确定了这个既要能够在飞行时保证足够强度不脱落,又要能够在接地时瞬间断开的断离销的材料选择和工艺设计。

  “为了同时满足安全性的下限和上限,对断离销的材料特性要求非常稳定,热处理要求很高。”丛昊表示,未来还有计划将这项技术推广应用到起落架和襟翼副翼上,使得即使它们在迫降时的位置会破坏飞行安全,也能够在接地时脱落以降低附带损害。

  为了快速整合这些来自国内多个航空主机厂生产的机体零部件,商飞人可谓不辞辛苦。

  一般来说一架新研发飞机的总装往往需要耗时2-3年。而C919不到一年总装下线工作就完成了,困难可想而知。

  丛昊说,为了抢时间抢进度,“总装线基本保障全员,现场人停工作不停,保持24小时工作。”

  在总装现场,中国工程师和一线工人们的智慧,多次让外国供应商折服。一些国外工程师两天两夜不知道应该如何安装的部件,在商飞聘请的老师傅的“土办法”下,一晚上就搞定了。

  最长试验试飞时间

  300项验证试验、285个表明符合性试飞科目、32本试飞大纲以及厚度高达30米的3418份符合性验证报告……

  经过长达11年又3个月的适航审查、超过6年的试验试飞,2014年12月30日,商飞公司终于取得了中国民航颁发的ARJ21-700飞机型号合格证(TC)。

  这对于即将进入适航验证程序的C919,无疑也是趟出了一条路。在规章验证下,C919的安全性能够保证同样出色。

  “适航证就是安全证明。虽然ARJ21现在还没有获得美国FAA认证,但它通过的中国民航CCAR25部认证就是FAA的中文版,认证过程中FAA也一直在进行“影子审查”(即审查中国民航局方是否具备适航审查能力),所以ARJ21的安全性是完全符合国际标准的。”郭博智说。

  郭博智举例称,“一个飞行员飞ARJ21,要飞整整两辈子才有概率遇到一次失速,这就是很安全的体现。”

  “光失速试飞我们就进行了8200多次”,中国商飞上飞院总体气动部操稳特性室主任徐南波对澎湃新闻记者说,由于是第一次造大型民航客机,ARJ21的试飞比国际通行的惯例要严格许多。

  ARJ21飞机副主任设计师李栋成说“为了测试飞机的失速特性,基本上试飞员白天试飞、晚上看数据,因为看数据是为了排除隐患,当天就必须处理完毕,因此整个团队基本上要工作到凌晨两三点,同时人休息飞机不休息”。

  “记得2011年11月11日光棍节,当天试飞员在一次飞行中做了111个失速动作,也算对那天的纪念吧。”李栋成笑着说道。

  从2008年11月28日首飞到2014年12月取证,四架ARJ21试验机一共进行了累计5258个小时的试飞,一举超过波音787客机,成为历史上试飞时间最长的飞机。

  在郭博智看来,这其中很大程度上是因为这是第一次做,中国国内还没有相应合适的场所,同时很多相应的配套措施也不完整,但为了完整模拟每个要求的科目,在很多情况下,试飞团队还需要追逐气象环境。

  为了找到最真实的结冰环境,整个团队在新疆乌鲁木齐呆了四年,每年呆1个月。最后相应的气象条件依然不合格,团队只好前往加拿大五大湖,最终完成实验。

  这样的例子还有很多。为了测试飞机在大侧风环境下的起降性能,整个团队遍访中国的各大机场,终于在新疆一个废弃的军用机场找到适宜的环境。为了测试在高寒环境下的起降性能,必须要到内蒙古海拉尔零下45度的气候中冻上一整晚。“为了完成实验,很多工作人员当天要守候到凌晨两点到三点,有女士眼睫毛上都结了冰。”郭博智说。

  郭博智还举例称,为了测试高温高湿条件下的性能,在长沙的一个机场上,飞机中坐满了工作的人员,在地面温度55摄氏度的炙烤下,很多同事身上没有干的地方。

  “这些实验在美国都有专门的环境模拟室,但我们是第一次做,没有这样的条件,只用通过土方法”,郭博智表示,这恰好证明了,大飞机这个平台可以在今后拉动各行各业创新成果。

  最多极限载荷试验

  对于适航验证之艰难,ARJ21-700飞机副总设计师朱广荣也深有体会。“我们只有零碎的飞机研制积累,要和人家做了民机100多年的竞争,还要按照它们制定的游戏规则设计。怎么理解适航条款、用什么方法验证,好多程序以前不知道,都要慢慢适应。”

  “世界上没有一个国家,像我们在一架飞机上做过这么多极限载荷试验。因为我们是第一次做,算得准不准心里没数,局方一开始也不信任,所以所有试验都做极限载荷。”朱广荣说。

  2009年12月1日,是上飞院“强度人”永生难忘的一天。ARJ21-700飞机101架机在西安阎良进行第一次2.5G全机稳定俯仰100%极限载荷试验时,龙梁骨非正常破坏,试验宣告失败。

  2008年11月28日首飞前,ARJ21已按要求顺利完成全机67%限制载荷试验。而100%极限载荷则是民机适航的必须条件。这次试验在加载到87%时戛然而止,直接导致已首飞的101、102、103架机随即全部停止高载荷试飞。

  上飞院“强度人”选择默默承受压力,他们相信,“最好的解释就是行动。”

  第二天,上飞院就成立了2.5G全静力试验攻关队,在阎良一呆就是7个月。队伍规模长期保持在二三十人,最多时有五六十人,其中还包括几位曾参与运10设计、年逾70的返聘专家。

  朱广荣介绍,很快就查出是强度计算报告出了问题。原来,一位当时已离职的强度专业人员在审图时出现了低级计算错误:在校核龙骨梁侧向稳定性时,用垂向高度而不是侧向高度来核算,导致侧向刚度未得到应有的修改加强。

  “原因很容易找到,攻关真正难的是,民航局方代表和美国FAA审查代表对我们信任度大大下降,一下子就连常识性的计算都要用试验来说话。”朱广荣说,这也是为什么攻关用了漫长的7个月的原因。

  按照局方要求,龙骨梁的故障再现和更改方案,都要通过地面试验验证;怎样修理飞机才能保证不改变原来的构型,继续代表原机进行全静力试验,也是通过设计试验验证、反复与局方沟通,方案才得到通过。

  朱广荣说,在这个过程中,有攻关队员带病坚持工作,有的推迟结婚,有的妻子生产却没法陪在身边,还有亲人去世却被父母刻意隐瞒的。

  2010年6月28日,极限载荷试验恢复。朱广荣回忆,恢复试验的前一天,工作人员们还在反复计算研究,生怕龙骨梁之外自己负责的部分还会出问题。“到了凌晨2点多,强制性驱散大家回去睡觉,即便这样很多人躺在床上也睡不着。”

  朱广荣和其它几位负责人,还写下了责任令和辞职书,向上级承诺“同样的错误绝不犯第二次。”

  “我们和民航局方一起创立了一套民机研制处理实验故障的完整程序,获得了民航局的高度认可。”朱广荣说,美国FAA对所有专业进行审查打分时,唯独给结构强度专业“从头到尾都是绿灯”,“他看到我们处理错误的思路和措施是有效的,到后来做疲劳试验,他也非常信任我们,有时报告也不看就通过了。”

  最细客户服务优化

  “民机市场竞争有三大支柱,市场营销、研制生产和客户服务。最后这一点还没有被所有人接受。”原上飞设计研究所所长、ARJ21督察组成员刘乾酉说,“没有好的运营,取证就没有意义;没有客户服务,就没有民机。”

  去年12月30日,ARJ21飞机通过适航验证取得型号合格证TC。这并不意味着飞机可以直接交付客户公司使用,这中间仍有很长一段旅程要走。

  商飞公司要根据客户公司的运营实际,对飞机进行改进完善,并通过转机型(T5)测试确定飞行员型别等级和训练规范,帮助客户公司飞行员获得相关飞行资质。

  其中,飞机技术出版物的编写和批准认可是最关键的环节。总计38本飞机技术出版物,厚达6、7万页,其中维修类24本,包括飞机维修手册、飞机图解零件目录、故障隔离手册等,飞行类14本,包括飞行机组操作手册、飞机线路图手册、重量平衡手册等。

  中国商飞客服公司技术出版物副部长赵鹏说,在飞机交付后的全寿命周期内,技术出版物是保证飞机正常运营的重要技术保障,在2、30年内,客户服务都要伴随着它,由主制造商负责维护更新。“去和航空公司打交道时,他们第一句问的就是,你们手册怎么样。作为终端产品,手册集中反映了飞机前端的设计制造。”

  “发生特情时,飞行员必须按照手册来处理。因此飞行机组操作手册也是编写团队遇到的最大最难的课题。”赵鹏说。

  去年年底,第一次启动的T5测试曾被迫中断,飞行机组操作手册未获局方批准认可是原因之一。

  中国商飞客服公司飞行训练部副部长杨军回忆,飞机虽然取证了,但很多东西一开始还不满足商业化运行,包括飞机系统设计、操作手册、培训课件等,都在测试过程中出现很多问题。

  2012年,商飞公司成立试飞中心,招募学员分别派往美国和南非的试飞中心进行培训。28岁的乐娅菲和她的34名同事由此成为中国历史上首批试飞工程师。

  乐娅菲说,中国学员们所在的班级是学校成立以来历史上最年轻的班,其他的外国学员普遍都在35岁到50岁。“和国际同行相比,我们还太嫩了,飞的机型太少了。”而这也是她未来的期盼。

  据了解,C919计划将在明年首飞。
 

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