我们为什么要玩命造大飞机?
2020-12-24 17:43

我们为什么要玩命造大飞机?

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:吴光辉,中国工程院院士,C919总设计师,原文标题:《C919总设计师吴光辉|我们为什么要玩命造大飞机?因为它代表一个国家的最高工业水平》,题图来自:视觉中国


我们为什么要玩命造大飞机?


大飞机的成功,代表着一个国家整体的工业水平,目前全世界有造大飞机能力的只有少数几个国家。


一架干线飞机由500万左右个零件组装,这些零部件需要数千供应商生产,中国航空产业的发展意味着我国高端制造产业链的兴起。


从制造大国到制造强国,大飞机是中国高端制造业的代表。


C919自08年投入研发以来,交付时间从最初定的2017年屡次推迟,中国商用客机步入“大飞机”时代的路途漫长曲折。


但这条路非走不可。


据统计,从1972年开始,中国民航累计购买和租赁经营的美国波音飞机共523架,花费高达292亿美元。


如果加上飞机全寿命期的维护管理费用,这个数字恐怕还要增加一倍以上。


自主研发大飞机能产生巨大的经济效益。一般的汽车工业投入产出比是 1 :2.3,而大飞机制造业的投入产出比则在 1:10 以上。


国内民航市场的快速成长决定了我国对大飞机有着巨大的市场需求,而这是我国经济发展必须抓住的新增长点。


目前,国务院关于通航发展指导意见已经提出,2020年航空产业规模达到1万亿,未来的发展目标是在GDP中占比达到 5%。


C919大型客机的诞生,标志着中国航空工业从无到有的阶段性胜利,但这条路是怎么走过来的?C919在自主设计上又有哪些特点?目前还存在什么困难?


11月20日,正值上海设计之都十周年之际,中国工程院院士、C919总设计师吴光辉院士在主题论坛上发表了主旨演讲,为我们讲述大飞机的发展历程、创新引领,以及当前面临的机遇与挑战。




中国的飞机制造业实际上已经走过了很长时间。


最早在20世纪70年代运10启动,1980年在上海首飞成功。上海的设计和制造,使得中国的第一个大型客机得到首飞。


当时我们国家能够制造出这样的飞机,实属不易。


但后期由于经济实力等原因,这个项目就下马了。后来经历了很长时间的国际合作,比如MD-82,MD-90。


这些项目的设计都不是我们的,我们只是拿过来进行组装,最后组装了30多架。


后面陆陆续续地有很多跟其他国家的一些合作探讨,最后都以失败而告终,这些都是值得铭记的坎坷。


直到2006年,国家把国产大飞机列为16个重大专项,并成立中国商飞公司来全力地推进大型客机,十几年来取得了很多重要的阶段性进展。


目前商飞公司有三个产品,第一个是ARJ21飞机,我们把它作为“探路者”,自2003年在上海制造和设计,2008年首飞。


第二个是C919,作为“抢滩者”,2008年立项,2017年成功首飞。


第三个是与俄罗斯合作的CR929,目前正在顺利地进行方案设计,这是我们制定的一个三步走的方案。


现在C919正在进行试验试飞,我们设计的目标是面向国际市场,设计理念是坚持四性——安全性,经济性,舒适性,环保性。


全机标准布局可以坐168人,高密度布局可以坐到192人,最大的航程是5555公里。


在C919的设计过程中有几个重要的特点,首先是全三维的无纸化设计


以前我们在做三维设计的时候,只是把图纸变成了计算机数据模型,现在我们是一个协同化的设计,也就是大家基于一个共同的数模来设计。


可能成百上千人都在这一个数模上工作,每一个工作都是协同、同步的,这样可以避免在不同的版本、不同的人员设计中步调不一致。加上我们现在利用5G升级后的AR,通过虚拟加现实进行检测,也可以避免很多错误。


同时,C919飞机走的是一个正向设计,什么叫正向设计?


以前我们在做的时候都是一种测绘仿制,叫照猫画虎,或者叫照葫芦画瓢,现在不是的。我们首先根据市场的需要,提出一个飞机的需求,我们要设计一个什么样的飞机?航空公司、乘客、飞行员都对飞机有什么要求?


首先把这个抓住,形成相应的输入,这就是顶层的设计要求。


然后来进行飞机的设计,让每一个功能键,每一个系统,每一个单元都满足顶层的设计要求,最后才是零部件的设计。


从顶层往下到零部件,零部件设计完了以后再对设计需求进行验证,整个过程我们叫双飞流程。我们也是全世界第一个按照4754A正向设计行业规范进行流程设计的。


从飞机顶层到系统、全局的设计,所有的更改都在计算机里相互关联,避免了设计的不协调。


通过这一流程,我们能够从全局的角度考虑,满足用户的需求,这也是完全自主知识产权的一部分。


在飞机设计上,有一个国家和它所有的供应商说,严格禁止帮助中国的C919进行设计。


可想而知,产品、发动机、飞机都可以卖给你,但是设计不能卖,因为设计是核心。


在C919上,我们就能看到很多自主研发的设计,比如驾驶舱设计


这个设计首先有一个理念,就是通过自动化的设计和边界保护,使得飞行员无忧操作。


大家可能前不久在网上看到C919进行90度飞行的新闻,实际上我们飞过了132度,相当于倒飞了。


这样飞行在真实中是不会出现的,但我们试飞的时候要把所有的特性都飞出来。在真实的飞行中,最多飞到45度,就不能再过去了,因为有安全风险。


自动飞行系统就是指飞机最多飞到45度,之后再怎么操作都不会大于45度飞,由此使得飞行员无忧操作。


人总是要犯错的,这就是为什么我们首先从人为差错分析来设计飞机,这是我们的一个设计理念。


再看C919飞机上中国完全独立自主设计的超临界机翼,什么叫超临界?


它是指在所有的速度的情况下,它可以飞得最好,机翼几乎都达到了临界状态,所以它的速度比一般的飞机要快,或者油耗比一般的飞机要省。


我们要把油耗设计到比现有的飞机降低10%~15%。


当然还有很多我们自己的专利,包括反推力装置,以及新的材料,比如碳纤维的复合材料和第三代铝锂合金。


前不久北斗三号成功发射并组网,大飞机的设计中也会用到北斗的一个重要功能。


大家知道用GPS开车的时候,我们会利用北斗的导航功能,实际上它还有一个功能——短报文功能,也就是飞机飞到哪里,都可以把位置信息和一些关键的参数报回来。


利用这个功能,马航370的事件就不会发生了,这是北斗用来比GPS还要先进的地方。


在C919的设计中,还有一些绿色先进技术,比如水基漆。我们现在用的水基漆没有挥发物,功能高,也没有污染。


一个绿色减排的飞机,不仅仅体现在它的使用上面,还包括在设计里面运用的新技术。


目前,C919计划今年进入到型号的合格审定,明年年底有望获得首航证,交付给中国的东方航空。这是大飞机的一个进展情况。


吴光辉院士在活动现场


接下来,我想讲一下当前面临的机遇与挑战。我认为目前对中国来说有一个很好的机遇。


一个我们有巨大的市场需求,二是中央和上海的大力支持,三是严格的民航局的监管,最后我们还拥有优秀的国内外合作伙伴,包括航空公司等。


国内民航市场具有巨大需求


前不久召开的五中全会宣布今年全国要达到100万亿的GDP,光民航市场就有1万亿。加上制造带动的那些产业,航空大概能带动3%~4%的GDP。


加上一带一路的需求,未来20年,中国大概需要4000多架飞机,中国将提前成为全球最大的航空市场,再往后20年,中国总共需要23000架飞机,全球需要8万架。所以这是一个巨大的市场需求。


我们还拥有中央和地方政府的大力支持,国庆70周年阅兵、十九大的邮票,都把C919作为一个标志性的工程。


C919是一个标志性的工程

图源:人民网


加上中国现在有足够的实力和强大的工业技术来支撑大飞机的发展,这些都是我们的机遇。


但是我们也有面临的挑战,一个是疫情对民航的挑战,二是部分关键核心技术还要继续攻关,最后环保的压力也很大。


全世界的疫情对航空的影响是最大的,行业内大概有很多的人都面临着下岗。


中国很快走出来了,现在国内的航班基本上恢复了,完全达到疫情前的水平。


但是现在一些票价还是挺便宜的,所以疫情的影响不容忽视。全球的航空运输可能到2024年才能恢复到以前的水平。


不管怎么样,就像环境再好,我们也要坚持自主创新,环境再不好,我们也要国际合作,要改革开放,这是一个辩证关系。


另外航空的安全形势对我们的影响也很大,人为、维修、设计的差错和问题都会影响我们,带来压力。


最后就是环保的压力,尤其是减排。航空的排放虽然比其他的产业少,但是在一万米高空,它的排放对臭氧层的影响很大。它只占排放的1%,但对臭氧层的影响占到了3%。


对这种压力的应对措施,我们要坚持可持续发展,包括一些新技术的应用,一些新的业态。


同时我们也要坚定自己的目标,为客户带来更多的选择,为用户带来更多的机会,在竞争中激发我们的创新活力。


我想最后用总书记的这一段话来结束我今天的发言,做大飞机,尽管这条路还很长,要保持耐心,一以贯之,锲而不舍,扎扎实实,脚踏实地。


一定要有这个雄心壮志,一定要相信我们会实现这样一个伟大的目标。


谢谢大家。


本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:吴光辉,中国工程院院士,C919总设计师,本演讲编自吴光辉院士在上海设计之都十周年主题论坛“设计之都建设”上的主旨演讲

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