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总架构渐清晰 大飞机自主创新体系初步成型
发布时间:2016-12-1 浏览次数:53

大飞机研制涵盖了机械、电子、材料、冶金、仪器仪表、化工等几乎所有工业门类,集成了数学、空气动力学、材料学、人机工程学、自动控制学、流体力学等上百种学科和7000种技术,反映了一个国家基础工业的总体水平。自中国商用飞机有限责任公司(以下简称中国商飞)正式挂牌以来,我国大飞机研制的各项工作就在紧锣密鼓地稳步推进,总体架构日益清晰,自主创新也取得了一定成效。但总体来看,我国大飞机的航电系统研发主体还未明确,减重、减阻、减排与先进性、经济性、舒适性的关系也未明确,和大型运输机的技术交流和市场定位还有待加强。 

总体技术方案和定位明确

2008年,由47家单位、468位专家组成的大型客机联合工程队已初步完成大型客机总体技术方案,梳理出了第一批需要启动的关键技术攻关项目。2009年将全面完成可行性论证,完成14项关键技术和启动多项关键技术攻关。

首型国产大飞机已正式命名为C919。C是China的第一个字母,也很容易与A(空客)和B(波音)相区别。C919定位于单通道150座级,19代表其最大载客量为190座。那么应该叫C19,为什么还要再加一个9呢?不仅仅是图吉利,更是因为飞机型号采用三位数是国际惯例。C919采用超临界下单翼、翼吊先进高涵道比涡扇发动机、常规尾翼和前三点可收放起落架的常规布局形式,力求实现减重、减阻、减排,争取用8年左右完成研制。据中国科学院、工程院院士顾诵芬透露,C919将于2016年实现首飞。

很明显,C919的竞争对手就是波音737和空客320。从公开的技术指标看,150座级是目前国际上最畅销的机型,单通道客机在技术上相对容易,超临界下单翼被民用客机广泛采用,翼吊发动机可有效减少机内噪音,C919噪音将比目前水平低10分贝,常规气动布局能有效降低成本并减少技术风险。但150座的市场竞争也相当激烈,目前全世界在役机种有70%~80%属于这一座级。不过据预测,仅中国未来20年此类飞机就有1400架的市场需求,市场前景比较乐观。

大飞机研制模式也已经确立,采用主制造商—供应商研制模式。中国商飞作为大飞机主制造商,定位于设计集成、管理体系、总装制造、市场营销、客户服务、适航取证等方面,发动机、机载设备、材料等主要外包。

发动机与部件制造体系日趋完善

航空发动机技术工艺是航空的核心技术,一般占飞机总价的20%左右,被誉为航空产业皇冠上的明珠。但长期以来,中国飞机一直受困于“中国心”。

作为大飞机专项的重要一员,中航商用飞机发动机有限责任公司(以下简称中航商发)已于上海正式挂牌,注册资本60亿元。中航商发主要从事民用飞机发动机及相关产品的设计、研制、生产、销售、维修、服务、技术开发和技术咨询等业务。公司落户于上海,一方面是便于与大飞机配套,另一方面是便于建设国际通行的产品研发、制造、销售、客户服务和适航取证体系。

国产发动机的研发基地、零部件制造装配基地、研发中心、总装制造基地均设在上海,便于沟通协调、降低成本。研发基地之所以设在闵行的紫竹园,就是要借助高校的研发优势进行合作,培育高新技术团队。制造装配基地设在临港新城,就因为临港是国家级现代装备制造业基地,集聚了一大批著名装备制造企业,开展协作比较容易,物流及配套设施也比较完备。

在飞机大部件制造方面,成都飞机工业(集团)有限公司造机头、前机身、方向舵已有相当知名度,方向舵是中国目前承接最大的民用飞机复合材料部件。西安飞机工业(集团)有限公司是全国最大的大、中型军民机制造企业,在飞机垂直尾翼、机翼、中机身等重大部件方面具有丰富的生产经验。沈飞承接了300架波音737—800尾段合同,最有可能承接机尾生产,陕西飞机工业(集团)有限公司则极有可能生产大飞机零部件。

三大中心各司其职

中国商飞公司的三大中心也都设在上海。设计研发中心计划今年7月正式开工建设,总体规划建筑面积近50万平方米,将有3000名员工在中心工作。设计研发中心主要负责大型客机、支线飞机的研制和民用飞机相关设计技术的研究。

上海飞机制造厂既制造过运十,又制造过MD飞机,还是ARJ的总装中心,成为总装制造中心毫无疑议。其职能是民用飞机的总装制造、试飞交付、核心零部件制造、国外民用飞机部件的转包生产,以及飞机的维修改装等。该厂日前已与三所著名高校合作建立了复合材料、制造工艺和装配技术中心,为大飞机制造做好技术储备。

上海飞机客户服务有限公司是大飞机的客户服务中心,负责大型客机和支线飞机国内外客户服务的科研、体系建设和全寿命客户服务工作的实施。业务范围包括维护、维修与飞行训练,航材与设备租赁维修,航空运输服务技术开发咨询,以及民用航空技术劳务合作等。

材料研发与制造准备就绪

大飞机所用材料主要是铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等,中国企业相应的准备工作正在有序展开。

西南铝业集团投资近20亿元建设铝合金厚板生产线,可生产宽度达4000毫米、厚度达250毫米的超大超厚铝合金板,将为大飞机批量制造机翼、尾翼和壁板。其核心设备120MN强力拉伸矫直机(国内最大)的关键件已由中信重工浇铸成功。目前,铝合金厚板只有美、日、德等国能够生产。

宝钢集团研制成功大飞机起落架用300M超高强钢、四大牌号钛合金结构用钢,目前已全面展开大飞机发动机用特种钢材等的研发。

复合材料能提高飞机的结构效能,并降低制造成本,是飞机先进性的重要标志。大飞机机体结构的30%~40%将采用复合材料。哈尔滨飞机工业集团有限公司将与空客中国公司合资,在哈尔滨建立复合材料飞机零部件制造中心。这家合资制造中心将为A320窄体飞机和A350XWB宽体客机生产零部件,为大飞机研制热身。

大飞机刹车片将是百分百的中国制造。炭/炭复合材料制成的航空机轮刹车装置只有金属的四分之一重,可以耐3000多摄氏度高温,具有能载水平高、使用寿命长、刹车过程平衡等优点。国产炭/炭刹车片比国外同类产品使用强度提高30%,生产效率高1倍,综合成本降低21%。此前只有英、法、美国能生产。

整体精密模锻件能有效保证零部件的可靠性和疲劳寿命,大飞机采用整体精密航空模锻件将提高起飞重量、续航距离和飞行速度。据悉,8万吨模锻液压机项目定于今年完成设计工作。

推进部分加工设备自主研发

飞机零件主要是整体毛坯件和整体薄壁结构。整体薄壁结构形状复杂,外形变斜角变化大,外形多为双曲面。而且孔、空穴、沟槽、加强筋多,工艺刚性较差,成形非常困难。整体毛坯件以板材、锻件和铝合金挤压型材为主,材料利用率仅为5%~10%左右。机匣和发动机叶片还要求耐高温、高强度。因此需要大型、高速、精密、多轴的高性能数控落地铣床、加工中心、大型五面加工设备(已研制)、主轴AB主轴摆动的五轴立式加工中心(已研制),发动机机匣加工需要用精密加工中心和坐标镗铣加工中心,发动机涡轮叶片和叶轮加工需要用五轴立式加工中心(已研制)、五轴高速龙门铣床等关键技术设备。

目前,有些机床国内还不能生产,国产机床的精度、质量和可靠性与进口机床也有差距。迄今为止,西方国家还对我国禁止出口高性能机床,所以我国机床企业还得加紧自主开发。

定于今年完成设计的8万吨模锻液压机项目,将能加工大飞机的大梁、桁架、龙骨、起落架,以及发动机的涡轮盘、叶片、舵翼的液压随动系统,还有大型壁板成形。据预计,8万吨重型模锻液压机在大飞机项目中有望承担50%~60%的工作量。

尚需明确两个关键点

由于一般电子设备占飞机总价的30%以上,发动机和电子设备占飞机总价的50%以上。而我国民用飞机航电系统一直是弱项,基本上依赖进口,这也是目前我国大飞机项目还在解决的关键问题之一。

目前,我国航电系统的现状是极易染上“进口诅咒”症。“进口诅咒”症是指航电系统严重依赖进口以此达到国际一流水平,并以此作为大飞机的卖点。当出于某些原因不再进口后,大飞机便失去这种所谓的技术优势,用户随之不再认可采用国产航电系统的大飞机。久而久之,国产航电系统便会失去创新能力,航电系统将继续受制于人,大飞机也就成为标准的中国组装产品。这绝不是我国发展大飞机的初衷。发展大飞机是中国发展高新技术产业和高附加值产品的需要,是独立自主的战略需要,是不再用8亿条裤子换一架空客的需要。

另一个关键点是大飞机要注重减重、减阻和减排,不能盲目与空客和波音比拼先进性、经济性、舒适性。如果一味比拼先进性、经济性、舒适性,后果只能有两个:一是指标太先进,技术上达不到,大飞机可能飞不上天。历史上,因为指标过高而中途夭折的飞机很多,必须引以为鉴。二是技术上达到了,但飞机价格过于昂贵,失去市场竞争力。航空工业的发展史反复证明,最可靠的技术往往不是最先进的,但最可靠的技术往往打败最先进的技术。先进技术也存在着一个效费比的问题,最先进的技术往往经济性不好。

因此,大飞机要在绝对保证安全的基础上,多拼实用性,少拼先进性,多拼性价比,少拼舒适性。实用性不仅指大飞机适应能力强,而且要易于维护修理,简言之就是结实耐用,维护方便。性价比是指中国大飞机肯定会在性能上比空客、波音落后一些,但完全可以通过低廉的价格和高质量的服务来弥补。价格低廉不仅指大飞机价格便宜,而且维护修理费用也要比欧美飞机便宜。

不应急于进入欧美市场

除此之外,目前我国的大飞机项目还需要在以下两个方面加强:

一是加强大型客机和大型运输机的技术交流。

目前大型客机(大飞机)定于上海研发,大型运输机定于西安研发,基本上是齐头并进、分兵合围。大型客机和大型运输机技术上有70%可以共用,机载设备、航电系统、材料、元器件、翼型、设计、制造、测试等方面可以共享。大型运输机计划2013年升空,大型客机计划2016年升空。大型运输机的先飞一步将为大型客机提供宝贵的经验。

二是找准大飞机的市场定位。

早期欧美将不会给大飞机发适航证。因为市场不容失败,一次倒下可能永远也爬不起来,所以在做大做强之前,我国不应急于进入欧美市场。

第三世界和新兴国家应该是大飞机的主要出口市场。虽然国际航线也需要欧美的适航证,但区域航线和国内航线从来就不拒绝价廉物美的飞机。毕竟本国生产不了,又不会像欧美那样强烈地排斥外来者。大飞机一定要以更加实惠的价格、更加周到的服务、更高的可靠性,赢得第三世界,进而打入全世界,实现“农村包围城市”的伟大战略目标。

相关报道: 大飞机产业链布局启动

国产大飞机项目的产业链布局已经紧锣密鼓地展开。3月27日,中国商飞在上海为大飞机举行国内供应商大会,包括中航工业、航天科工、航天科技、兵器工业、中电、宝钢、中化、中铝,以及地方民营、中外合资企业在内的110多家国内潜在供应商入围,将通过竞标方式最终进入国产大飞机项目供应链。据透露,中国商飞下一步将启动海外供应商选择,并计划年内全面完成大型客机项目可行性论证。

据报道,自3月15日中国商飞向社会公开发布C919国内潜在供应商信息征询公告后,包括港澳台地区企业在内的众多国内企业高度关注,到3月底,共有超过400家企业提交报名申请。经过资格预审,中国商飞筛选出了符合招标条件的潜在供应商,包括地方民营、台湾和香港地区的企业。

目前,大飞机项目明确由国内供应商承担的工作主要分机体结构和系统设备两大部分。机体结构中,有机头、前机身、中后机身、后机身、内装饰等部分;机载系统设备中,有飞控、航电、电源、照明、动力装置、起落架、燃油、防火等系统和设备。

中国商飞称,C919大客机项目将面对未来20年国内外单通道窄体客机广阔的市场,瞄准2018~2020年世界民机水平,按照国际适航标准取证,在未来竞争中具有优势。据了解,国产大飞机项目定位130~200座的座位级别,主要与新一代空客320和波音737抢夺市场。中国航空工业集团公司科技委主任张洪飙3月11日在全国两会期间对媒体表示,中国大飞机将在2014年实现首飞,2016年适航取证。

据报道,中国商飞积极探索主制造商—供应商的民机发展模式,大约50%的零部件制造需要对外招标。据了解,中国商飞选择和确定国内外供应商时,将引入风险共担、利益共享的合作伙伴机制,以实现双赢。根据中国商飞公司的发展战略规划和国内民机研制基础,大型客机机体的设计制造,原则上将由中国商飞公司和国内其他机体供应商承担。而研制期内国内暂时无法满足要求的动力装置等,则面向全球招标采购。

一方面大型客机C919走上研制日程,另一方面我国自主研发的新支线飞机ARJ21已进入批量生产阶段,目前国内外订单已达208架,明年底将有90架面向中国乘客。

相关观点: 大飞机与强国战略

在过去的很长一段时间里,一直占据中国经济发展主导地位的是轻工业。但回顾中国的工业化进程,不难发现,这是一条完全不同于西方发达国家的道路。从1999年开始,中国在经历了重工业化、轻工业化的发展道路之后,再次进入了一个重新重工业化的阶段。那一年,重工业增长速度超过了轻工业1个百分点。2000年之后,尤其是2003年以来,这个状况发生了变化,重工业化趋势开始明显。

这一轮的重工业化不同于当初计划经济时期,尽管国家投资依然是目前重工业化的主要推手,但已经转变成了民营、外资和国企三种力量共同参与。这十年来,汽车和零部件、工程机械、铁路设备、重型矿山机械、石化设备、航空航天、船舶以及国防军工等行业成为国家投资的重点所在。

大飞机项目的起起伏伏或许最能体现这一工业化的路径。大飞机在第一轮的重工业化中曾研制成功,但很快在轻工业化时期落马,如今又在重新重工业化的浪潮中再次启动。

2007年,大飞机项目正式立项,这距离当初民航工业“以市场换技术”模式终结也整整十周年。此后的十年里,WTO的加入、“神五”、“神六”的升空、青藏铁路通车、北京奥运会举办、三峡工程完工———工业化强国之梦步步深入。

不过,与之前坚定的“摸着石头过河”的改革开放思路不同的是,1999年到现在的十年里,疑惑、争议、纠结,始终伴随着中国的工业化之路,当然也包括被称为“工业之花”的大飞机项目。

三十年前,中国就已经自主研制过大型客机———“运十”。尽管当年参与国际合作的上海飞机制造厂变成了飞机修理厂,但中国的大飞机梦想却一直没有停止。2000年2月,国务院召开专门会议,最终确定了“先发展支线客机,再研制干线大型飞机”的发展思路。

当年11月,支线客机ARJ项目上马。两年后,中航一集团为此项目出资设立中航商用飞机制造有限公司,形成中国民用飞机制造业的新模式。

2003年12月20日,100座左右的ARJ21客机同时在上海、西安、成都、沈阳四个飞机制造公司开工制造。

2003年3月,中国科学院院士王大珩联合20多名院士,上书国务院建议大力发展大飞机,大飞机的研制被提上议事日程。同年11月,国家科技部组织的“大飞机项目论证组”开始调研和专家论证。2004年全国“两会”上,中国工程院院士关桥、刘大响等人向全国人大提交了《关于尽快开展大型飞机研制的建议》的议案。

到2004年年中,论证工作基本结束。随后,作为国家科技部“2005年科技发展重大问题研究报告”之一的《我国大型飞机发展战略研究报告》,由北京大学企业与政府研究所所长路风教授完成并提交。

大飞机项目涉及了几乎所有工程学科,处于产业链的高端,被认为将有力拉动中国的技术进步和产业升级,提升中国在国际产业分工中的地位。

今年4月1日,中国商用飞机有限责任公司总经理金壮龙在他的母校———北京航空航天大学招生办称,大飞机项目将在全国范围内扩招40名飞行器设计与工程学生。

下一个十年,或许是这些学生引领中国航空工业飞跃的黄金时代。根据大飞机的发展战略,2020年中国的大飞机将正式升空,那时中国航空工业所承载的工业化强国之梦将会变成现实。

相关链接: 我国的大飞机

大飞机一般是指起飞总重超过100吨的运输类飞机,包括军用大型运输机和民用大型运输机,也包括一次航程达到3000公里的军用或乘坐达到100座以上的民用客机。我国把150座以上的客机称为大客机,而国际航运体系习惯上把300座位以上的客机称作“大型客机”。

世界著名大飞机如空中客车公司的A380,和波音公司的737、747、777及未来的787,而我国在1980年曾研制出著名的“运10”。

34年前,中国开始了一项代号为708的工程———制造自己的大型喷气客机。1970年8月,国家正式下达文件,这项工程便被以文件下达的年月命名为708工程,以后该机被命名为“运10”。“运10”是我国飞机设计首次从10吨级向百吨级冲刺,对许多结构和系统甚至概念和方法都提出了许多新的挑战。

当时,世界喷气航空技术已经诞生了约15年,各种相关技术都落入设计者的视野。“运10”设计的飞行时间大部分在高亚音速区域,而当时只有前苏联的“图104”、欧洲英国的“三叉戟”和美国的波音飞机能达到这个速度。中国当时通过综合百家之长的集成创新,形成自己的总体方案。经过164次复杂的实验,1980年一架我国拥有完全知识产权的大型喷气式客机出现在人们面前,使“运10”成为中国第一架按英美适航条例设计的国产飞机。

“运10”飞行最远航程8600公里,最大时速930公里,最大起飞重量110吨,最高飞行升限超过1.1万米。最值得称道的是,该机还在被称为“空中禁区”、“死亡航线”的西藏,连续7次试飞均获得成功。

只是囿于当时的国家财力、国防技术、民航市场等多重因素,“运十”在研发15年之后被迫下马。此后,中国的民航工业开始尝试“以市场换技术”的发展模式。

但这一模式随着与麦道、空客合作项目的终止而寿终正寝。失败的原因在于,中方始终未能真正引进核心技术,而国内航空公司对合作生产的飞机也缺乏购买兴趣。2000年3月交付最后一架“麦道90”之后,合作项目正式完结。

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