上个月的某一天,我抱着个C919的玩偶在电梯里遇见同事,他问我,“这是什么”。
“这个是C919!快首飞啦!”
突然背后传来一声嗤笑,一位不认识的老师问我,“国产大飞机,你敢坐吗?”
“我敢坐啊!这飞机挺好的,而且它真的商用之前,是要先审查拿到适航证的。”
“怎么好?你见过吗?”
突然我怒从心头起,恶向胆边生,想在电梯里原地爆炸,想揪着他领子问他“你喷天喷地喷空气,你很能啊!”
“这辈子有幸,与有肝胆人共事、从无字句处读书。也算是为落实国家自主研制大型飞机、发展有竞争力的航空产业,做出了自己应该做的事儿。”
从70年代自主研制飞机,到2017年C919的首飞,这40多年,从被搁置到奋起,航空人从未言弃,终于迎来了国产大飞机的突破和创新。作为见证40年变迁的中国民用飞机设计元老,吴兴世说:“让大飞机翱翔蓝天,让全世界爱上用智慧制造的大飞机,这是全国人民多年的渴望,更是我的中国梦。”
首先,C919的研发和首飞,本身就意义重大且深远。
航空制造业差不多代表了一个国家制造业的顶尖水平。
80年代中期,正在试飞阶段的运10中途而辍,原因局外人不得而知。
但运10的下马,不仅仅是毁了一架飞机,直接导致国内航空制造业十年的断档和大量的人才流失(听到的一个故事是,当时研究人员甚至需要去帮人割麦子养家糊口),更是意味着摧毁了中国大飞机的研发平台,中国民用航空技术能力长期停滞。
几年前,在C919下线的时候,北京大学路风教授曾感慨地说:“这一天是有重要纪念意义的,它标志着中国高端制造业的一个历史性突破,也同时标志着中国工业发展从沉溺于低端经济活动开始奋起向高端爬升。”
C919的此次首飞标志着我国的大飞机制造业重新崛起,还将带动相关产业的发展。
有人说,我们只是造一个壳子把所有的东西塞进去。但这正是我们所取得最大进步所在,航空制造业与其他制造业的有一个不同之处就在于集成的难度,飞机特别是商用的大飞机,讲究耐用率与经济性,这就带来了对气动布局的近乎苛刻的要求,既要有可靠的结构强度同时又要做到尽可能轻便,而一个气动布局所涉及到超算模型与风洞模拟,又不是一般小国家可以做到的体系化建设。
可以说造出一个壳子是一个系统的工程,考验的是一个国家的完整工业体系与庞大的工程师队伍。
在全球化的时代里,一味讲究国产率实际上并没有太多的价值,737和A380上面也有不少零件来自于中国制造商。C919使用了美法合资CFM公司的LEAP-1C的发动机,其实波音与空客的飞机也用了这个发动机,C-919用了它可以消耗比同级别飞机少15%的燃油,降低10%的座公里直接使用成本,还可以减少50%的碳排放量,别人的好东西可以拿来用,为什么不用呢?
当然这也不意味着我们可以不必发展发动机,C919的航电、飞控、空气管理系统供货商均为欧美公司,这些关键技术上面我们尚还没有能力做出和西方欧美公司一个水准的产品,但是只要我们可以利用他们的技术造出我们的飞机,并且可以投入运营并盈利,自然会有国内的厂家来研发我们自己的航电、飞控系统,如果非要一步到位,全部国产,可能带来的结果是C919项目的失败,这会导致国民对整个国产飞机产业链失去信心,国产飞机失去市场,行业逐渐崩溃,想要再一次打开市场,困难可想而知。
C919以高达50%的国产率下架(立项之初定的国产率目标是10%,在研发过程中,不断提高),打破了欧美在大型客机领域的垄断地位,是超出预期的成功。
作为一款商业用途的飞机,大量使用国际一流的发动机与航电、飞控技术以增强稳定性,并以此加大通过美欧主导的适航认证的概率,更为之后的国产化积累了经验。
除了所带来的意义,还想说说C919本身。
在C919之前,运20、歼20已经让世界对中国刮目相看。但与前两者不同的是,C919的最大用途是商业领域,与波音、空客、伊留申展开竞争。
波音和空客就不多说了,作为老牌航空巨头,目前世界上干线客机领域超过90%的市场被这两家巨头统治,剩下的就是俄罗斯伊留申设计局、图波列夫设计局的产品。目前在俄航干线上,图204、伊尔76比较多,但俄航也购买波音和空客的飞机。
俄罗斯航空工业也算是世界一极,但与空客、波音相比,依然存在差距,主要体现在座舱舒适性、发动机寿命等。
C919出现后定位为中短途商业客机,座舱布局为150至160座,航程在4000公里,最大航程5500公里。鉴于商业客机更应该注重安全性,C919在研制之初就把安全性当成重中之重,选用了CFM LEAP-X1C发动机,该发动机为美国通用电气和法国赛峰集团合资公司:CFM国际的产品。CFM的产品已经被大量用于空客和波音,比如CFM56用于空客A320和波音737NG,LEAP-X1C不仅的性能上比当前使用的同级别发动机要高,而且在碳排放、安静性方面都有不错的表现。
目前世界上没有一家公司能够将所有的产品生产出来,波音造出的客机大量使用其他公司的产品,尤其是发动机。
因为专业的事要让更专业的公司去做,全部通吃是不现实的。
目前航空发动机生产商中有三家,分别是美国通用电气、英国罗罗和美国普惠,通用电气的市场份额在40%以上,罗罗其次,大约也有22%,剩下的普惠大概9%。发动机作为航空器研发中最关键的系统,用上最好的发动机,成功也就不远了。
为了解决发动机方面的困局,中国在去年成立了中国航空发动机集团,千亿规模的资金扶持,也说明中国要下决心把发动机问题给彻底解决了。
最后,我想特别说明下,为什么发动机用了国外的,研制国产发动机,这么难吗?
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。
必须承认的是,除了发动机,C919上有很多设备是现在甚至是较长时间内,国内都无法提供具备竞争力产品的类型。一个典型例子就是机载液压系统。飞机上的各个气动舵面偏转、舱门和起落架的收放等等,无不依赖于液压系统的驱动——这个以极小的体积和重量,就能传递极大的功率的神奇设备。
转载来自知乎用户怎么评价国产大飞机C919