中國大飛機(jī):國產(chǎn)化率從60%邁向100%

說起中國人自己制造的大型民用客機(jī)C919,不得不提3個百分比——10%、60%和100%。這是大飛機(jī)的“國產(chǎn)化率”。

C919項目啟動之初,考慮到中國人繼國產(chǎn)運十飛機(jī)之后再也沒有碰過“大飛機(jī)”,中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司內(nèi)部保守估計,C919的國產(chǎn)化率大于10%即可;交付下線后,這架一出生就能與波音、空客兩大名牌客機(jī)相媲美的中國大飛機(jī),實現(xiàn)了近60%的國產(chǎn)化率,并拿到570架的訂單。

而C919最終要實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。中國青年報·中青在線記者了解到,C919飛機(jī)在制造時針對一些暫時未能實現(xiàn)國產(chǎn)的部分,選擇了兩條路——一是國外原廠,國內(nèi)合資;二是原裝進(jìn)口,到一定程度實現(xiàn)部分國產(chǎn),最終實現(xiàn)全部國產(chǎn)。

“最終實現(xiàn)全部國產(chǎn)化”是中國商飛購買原裝進(jìn)口產(chǎn)品時設(shè)置的“門檻”,也就是說,一旦某項產(chǎn)品被中國商飛采購,那么它最終都會逐步國產(chǎn)化。這是產(chǎn)品生產(chǎn)廠商與中國商飛之間的基本約定。

“為C919做控制律,難就難在這是第一次”

如果把一架飛機(jī)比作一個人,那么發(fā)動機(jī)就是心臟,液壓系統(tǒng)是血液,而控制律則是靈魂。當(dāng)中國商飛研制的中短航程支線客機(jī)ARJ21-700在進(jìn)行各種試飛驗證時,國產(chǎn)大飛機(jī)C919的設(shè)計也爭分奪秒地開始。

“控制律其實是一個算法?！鄙虾ｏw機(jī)設(shè)計研究院操穩(wěn)特性與控制律室副主任鄭曉輝介紹,按照專業(yè)的解釋,電傳飛行控制律是電傳飛控系統(tǒng)運行的控制規(guī)律。控制律表明了飛行員操縱與飛機(jī)運動響應(yīng)之間的關(guān)系,通過反饋控制算法,獲得飛行員期望的飛機(jī)操縱特性。

以自動停車技術(shù)為例,目前的自動停車技術(shù)可以做到操作者按鍵“設(shè)定目標(biāo)”,汽車自己停進(jìn)指定位置。在這一過程中,算法起到至關(guān)重要的作用?！翱瓷先ナ擒囎约旱惯M(jìn)去的,但其實是車上的傳感器測量了距離、角度等因素,通過數(shù)據(jù)的計算,控制輪子去完成。”

飛行控制律的算法也是同樣的作用。控制律算法越復(fù)雜,飛行員的負(fù)擔(dān)就越輕,就越容易操控飛機(jī),“通過算法設(shè)計,使得飛機(jī)智能化程度更高,減少人犯錯誤的可能性?！?/p>

2012年,中國商飛組建了一支以上海飛機(jī)設(shè)計研究院操穩(wěn)特性與控制律室設(shè)計人員為主的攻關(guān)隊,為C919設(shè)計電傳飛行控制律。4年后,這支主要由80后組成的隊伍初步完成設(shè)計。

中國商飛自行研發(fā)了C919飛行控制律的算法。ARJ21-700型支線飛機(jī)采用了相對簡單的開環(huán)控制律,很多操作需要飛行員手動完成;而C919采用的是復(fù)雜得多的閉環(huán)控制律,飛行員手動操作的內(nèi)容少了很多。

霍尼韋爾公司是C919飛控系統(tǒng)的供應(yīng)商,受制于美國法律,它不能向C919項目方提供飛行控制律算法這項技術(shù),只能由中國商飛自主研發(fā)。研發(fā)過程中,霍尼韋爾公司只負(fù)責(zé)將中國商飛設(shè)計好的算法與方案進(jìn)行功能的實現(xiàn)。對程序設(shè)計是否合適的問題,霍尼韋爾公司只回答“對”或“不對”,故障則由中國商飛自行定位并排除。

“為C919做控制律,難就難在這是第一次。”鄭曉輝說,與國外相比,我國在飛行控制律算法方面的經(jīng)驗嚴(yán)重不足。一旦完成第一次設(shè)計,后續(xù)型號的設(shè)計就會容易許多。比如,空客A320也是第一次搞電傳,到了330、340,只要在320的基礎(chǔ)上調(diào)整,很快就能做出新的算法。

中國商飛為算法攻關(guān)團(tuán)隊開設(shè)了一趟專門班車,每天晚上10點鐘開往地鐵站。辦公室里常備若干張折疊床,如果下班太晚,年輕人就直接睡在辦公室。這間辦公室有個不成文的“規(guī)定”,每個人周一至周五至少要加3天班,周六要加1天班,周一至周五正常下班時間是21點,所有人一視同仁,堅持至少兩年。

每一次,團(tuán)隊把算法設(shè)計好,還要形成系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范,全部翻譯為英文后發(fā)給供應(yīng)商,然后由供應(yīng)商寫軟件代碼。團(tuán)隊成員趙晶慧介紹,他們?yōu)镃919設(shè)計的控制律共有4100多條英文需求、前前后后跟供應(yīng)商開了200多次英語電話會議。

買不到的“瘋狂”材料

在C919身上,先進(jìn)材料首次得到了大規(guī)模應(yīng)用。

在它的“皮膚”上,第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料的用量分別達(dá)8.8%和12%,而此前在ARJ客機(jī)上的應(yīng)用量僅有1%。ARJ的新材料,用于非承力結(jié)構(gòu),而C919使用在機(jī)身后段以及平尾等承力部位。對標(biāo)波音737和空客A320兩種型號的“競爭對手”,C919上先進(jìn)復(fù)合材料的使用量也更多。

因此,C919被認(rèn)為“在我國材料領(lǐng)域具有里程碑式的意義”。公開資料顯示,新材料使體型較大的C919減重7%以上。

中國商飛公司上海飛機(jī)設(shè)計研究院標(biāo)準(zhǔn)材料設(shè)計研究部副部長袁宇慧告訴記者,飛機(jī)上使用的復(fù)合材料主要是指碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料,具有質(zhì)量輕、耐腐蝕的特點,不僅能降低飛機(jī)的自重、增加載客量,而且還能減少后期維護(hù)的費用。

用材料科學(xué)專家、中南大學(xué)材料學(xué)院教授鄧運來的話來說,飛機(jī)的“皮膚”就是一代飛機(jī)的標(biāo)志,“一代飛機(jī),一代材料”。材料越輕、耐久性越佳,飛機(jī)的性能也就能隨之上一個臺階。

而我國材料科學(xué)在世界上還處于較為弱勢的地位,30多年前研制的運10民用機(jī)采用的就是“全金屬質(zhì)地”。C919目前使用的復(fù)合材料全都來自國外供應(yīng)商,但在沒有基本材料標(biāo)準(zhǔn)的情況下,即便向老外購買,都是一件極其困難的事。

袁宇慧要做的,就是根據(jù)飛機(jī)性能需求,制訂出C919每一個部位材料的選用標(biāo)準(zhǔn)。她告訴記者,世界上每一家飛機(jī)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的每一種型號飛機(jī),都有一套專屬的材料標(biāo)準(zhǔn)。這些材料標(biāo)準(zhǔn),就像可口可樂的神秘配方一樣,具有自主知識產(chǎn)權(quán)——買不到。

袁宇慧和團(tuán)隊花了4年時間才把C919材料的標(biāo)準(zhǔn)文字、內(nèi)容部分基本確定,但具體到每個部位每種材料的纖維量、拉伸長度、樹脂含量、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等數(shù)據(jù),還要重新做實驗,再用統(tǒng)計學(xué)算法得出合理值。這個合理值,既要保證符合C919的設(shè)計需求,也要具備生產(chǎn)的可能性,還要最終得到適航當(dāng)局的認(rèn)可。

這些年來,標(biāo)準(zhǔn)材料團(tuán)隊幾乎每天都在設(shè)計、制造的一線調(diào)研。實操工程師會告訴他們,需要哪一種性能的材料,軟一點、拉伸度強(qiáng)一些、質(zhì)量輕一些……工程師們口中的“一點、一些”,到了材料師那里,就必須量化為具體參數(shù)。

這些參數(shù),每一次都是由材料師通過實驗室比對、實操測量等繁瑣又枯燥的方式獲得。

值得一提的是,憑借豐富的材料領(lǐng)域經(jīng)驗,袁宇慧團(tuán)隊目前已在指導(dǎo)中航工業(yè)下屬的輔助材料生產(chǎn)企業(yè)和江蘇一家民營企業(yè)進(jìn)行材料優(yōu)化和革新,“過去我們只會告訴他們要什么,做不出來就算了;現(xiàn)在我們可以幫助他們分析,問題可能出在哪個環(huán)節(jié),可以如何改進(jìn)?！?/p>

C929、C939夢想飛機(jī)已在研發(fā)

中國人的大飛機(jī)夢,絕不會止步于C919。中國青年報·中青在線記者注意到,C929、C939等夢想機(jī)型也正在緊鑼密鼓地研發(fā)中。

張弛是中國商飛北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心未來產(chǎn)品與技術(shù)研究團(tuán)隊的副組長。他和他的團(tuán)隊,負(fù)責(zé)C919的“未來機(jī)型”。他們給自己起了一個特別的名字“夢幻工作室”,負(fù)責(zé)“靈雀”項目。

“靈雀”項目,說通俗些,就是設(shè)計研發(fā)縮小版的大飛機(jī)。這種“靈雀”飛機(jī)更具未來感,無人駕駛,體積極小。這樣一架飛機(jī)的成本還不到C919的百分之一,卻承載著中國大飛機(jī)夢的未來。

“靈雀”飛機(jī),是一種縮比驗證機(jī)型。張弛得意地向記者展示最新款的“靈雀B”飛機(jī),它的機(jī)身和機(jī)翼融為一體,更加經(jīng)濟(jì)、更加舒適,它的尾翼只有兩片,比一般的3片尾翼飛機(jī)阻力更小。

這個由30歲左右的年輕人組成的團(tuán)隊,正在為解決機(jī)票貴、飛機(jī)油耗大這樣的世界性難題而進(jìn)行研發(fā)。

張弛團(tuán)隊最常收到的同行“建議”是:你們這個方案可能不行吧?

在各種討論聲中,夢幻工作室從2012年至今已經(jīng)做了9架縮比試驗機(jī),也出現(xiàn)過小飛機(jī)起飛后失控、地面調(diào)度不成功的案例?！皼]有失敗,就不是創(chuàng)新,那叫模仿。我們不干那個”。

中國青年報·中青在線記者了解到, 在ARJ21客機(jī)試飛取證、航線示范運營,以及C919大型客機(jī)設(shè)計研發(fā)、總裝制造、首飛準(zhǔn)備工作中,商飛青年發(fā)揮了極大作用——10支青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊,共有超過230名成員,平均年齡不到30歲,卻承擔(dān)了C919大型客機(jī)控制律攻關(guān)等37項民機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)任務(wù)。

中國青年報·中青在線記者 王燁捷