此前,全球只有美国波音、欧洲空客两家飞机制造商能够研制满足国际适航要求的大飞机。为什么我国一定要啃下大飞机这块硬骨头?国产大飞机研制历经了哪些艰辛?今后是否还要研制更大的飞机?届时又将会面临哪些挑战?
为什么我国必须要研制大飞机?
研制大飞机是国家综合实力的重要体现,也是实现技术自主的必然选择。
首先,航空运输在现代经济中有着重要作用,大型客机直接关系国家在全球产业链中的地位。我国作为全球第二大经济体,若长期依赖进口飞机,将面临高昂的采购和维护成本。在国产大飞机C919问世前,我国已连续多年每年进口波音、空客飞机超200架,价值约200亿美元。我国是人口大国,民航运输发展很快,未来20年,需要增加9000多架大飞机。
其次,大飞机产业具有显著的“经济和科技乘数效应”,能带动材料、电子、制造、计算机等数十个领域的关键技术群体突破,对推动产业向高端化发展作用巨大。以C919大型客机为例,其零部件数量达到100多万个,来自全国1000多家企业、73所高校、111家科研单位的近30万人参与研制,推动了国内高端制造业水平的整体跃升。
最后,技术自主是国家安全的核心保障。大飞机技术若长期受制于人,将威胁国家战略安全。
大飞机研制有哪些核心技术难点?
大飞机的核心技术难点涵盖总体设计、系统集成、总装制造、地面试验、飞行试验、适航验证六大领域。在C919飞机问世前,全球只有波音、空客两家企业能够研制满足国际适航标准的大飞机,其难度可见一斑。
在C919飞机立项论证时,我们梳理了百余项需要攻克的关键技术,如总体设计方面的大型客机机翼多学科轻重量设计技术、噪声预测和降噪技术等,系统集成方面的综合模块化航电系统集成设计和验证技术、飞控系统集成技术等,总装制造方面的机体结构整体密封装配技术、无余量装配技术等,试验测试方面的大侧风试飞、自然结冰试飞等。
综合来看,大飞机的核心系统方面,被誉为“工业皇冠上的明珠”的大涵道比涡扇发动机,以及飞控系统、航电系统、飞机电力系统、液压系统、环控系统等关键机载系统当属“难中之难”“重中之重”。
我国在自主研制C919大飞机过程中实现了哪些关键技术的突破?
C919大型客机研制过程中,我国攻克了大型客机超临界机翼设计与分析验证技术、全时全权限电传飞控系统控制律设计、模块集成化的航电软件架构和设计验证技术、发动机机翼吊挂一体化设计技术、钛合金3D打印技术、蒙皮镜像铣技术、柔性制孔技术、大部件自动对接技术等100多项关键技术,在技术应用方面开创了66项国内“首次”。例如,C919大型客机采用了全时全权限电传飞控系统,该系统的核心是控制律算法,可实现控制增稳和全包线保护,让飞机如臂使指。这是控制律在国内民用飞机上的首次应用。这项技术由团队经历了10年努力,经过了几十轮工程模拟机试验、上千小时的飞行测试才最终攻关成功。
极端气候环境试飞攻关
C919科研团队在国内完成了极端气候环境试飞,其中在大侧风、自然结冰等环境下的试飞填补了国内空白。
C919飞机从2020年开始辗转全国各地,进行了大量极端气候环境试验试飞。进行吐鲁番高温试验时,气温高达43℃;进行海拉尔高寒专项试验时,地面气温为零下39.7摄氏度、空中气温为零下67摄氏度;锡林浩特侧风专项试验中,大侧风速度曾达30节,相当于七级大风,阵风速度达到过35节,相当于八级大风。
这里要特别说一下自然结冰试飞。自然结冰代表着自然界极为严酷的结冰气象。开展自然结冰试飞,云层的液态水含量、云层水滴直径和周围空气温度都要满足极度严苛的要求,试飞结果才能被认定有效。2020—2022年,包括飞机制造、试验、气象探测在内的多家单位联合攻关,终于攻克了结冰气象条件探测和试验测试技术,有力支撑民航局在2022年2月完成审定试飞。这是首次完全由中国机组驾驶着中国人设计的大飞机,按照中国人预测的结冰条件,在中国的领空内完成的满足全球标准的自然结冰试飞。