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独家揭秘C919上的那些“高科技”

2017-05-19 15:13 来源:“大飞机”微信公众号

  C919成功首飞,一时间,网上的科普贴铺天盖地袭来。今天,飞宝为大家请来了C919设计师,为您解读C919的高科技。相信看完了之后,你也能和他们谈笑风生。赶紧上车!

  C919命名颇具深意 

  C919大型客机是我国拥有自主知识产权的中短程商用干线飞机。你知道他的名字是怎么来的吗?

  C919的含义 

  “C” —— 中国商飞英文缩写“COMAC”的第一个字母,也代表“China”,也恰好与“空中客车(Airbus)”和“波音(Boeing)”的字头构成顺序排列。 

  “9”—— 代表“长久。 

  “19”—— 代表最大载客可达190座。 

  看完了C919名字的来历,下面我们来了解下他的基本参数。

  C919的基本参数,都在这了 

  在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》当中,C919被确定为16个重大科技专项之一。这是因为,研发大型民航客机,不仅是提高国家自主创新能力、增强核心竞争力的重大战略举措,也是国家工业、科技水平和综合实力的集中体现。

  需求管理体系为大飞机作保 

  在研制之初,C919就将竞争国际市场作为目标,为国产大型客机“飞出国门”铺路。因此,它是中国首款按照最新国际标准研制的干线民用飞机。目前,国际上重要的标准之一,便是ARP 4754A《民用飞机与系统研制指南》。

  什么是“ARP 4754A” 

  这一文件由美国自动工程协会(SAE)根据美国联邦航空局(FAA)的要求于2010年编写发布,用以证明高度综合与复杂航电系统对适航规章的符合性,是关于飞机系统研制的顶层规范。可以说,从顶层设计开始就严格按照ARP 4754A规定的方法和流程研制民航客机,是获得美国与欧洲适航许可的重要基础,也是飞机走向市场的重要保证。

  飞机研制的核心工作是自上而下需求分解分配和自下而上集成验证的结合。因此,对这两者的管理,便是ARP 4754A的核心,业界称之为“双V”管理流程。对于民航客机来说,“需求”从上而下被划分为市场需求、飞机级需求、系统级需求、分系统级需求、设备级需求等需求。

  C919的研发工作,便是遵循ARP 4754A的要求展开,依据市场需求、飞机设计等顶层需求出发,捕获、分析并定义了飞机级需求,包含一般需求、结构需求、可靠性/维修性需求、安全性需求、功能性需求及附加适航审定需求等;分解分配到系统级、设备级并形成相应具体的需求文件,由此构建完整的全机需求管理体系。这个过程,确保了C919飞机研制先进性和科学性的需求予以落实、实现。

  “超临界机翼”大大提高气动效率 

  由于民用飞机更强调经济性和安全性,科研人员除了考虑大飞机的先进性和科学性,也在努力提升飞机的经济性能。飞机的耗油量与飞机的升阻比(升力和阻力的比值)有直接的关系,升阻比越高,飞机的气动效率越高,耗油量就越少。而飞机的升力主要来源于机翼,全机70%左右的阻力也来源于机翼。因此,为了保证飞机的座级,避免“油老虎”的出现,在飞机机翼上动脑筋,便成了提高飞机气动效率的关键。

  喷气式民航客机通常以略低于音速的高亚音速飞行。当飞行速度接近音速时,机翼上表面某些区域的气流速度可能已经达到音速,令飞行阻力急剧增加。这一时刻飞机飞行速度与音速的比值,被称为飞机的“临界马赫数”。第一、二代喷气式客机采用的多是传统的古典翼型,古典翼型适合于低速及亚音速飞行,在这种速度范围内,它们具有较高的气动效率。但是,随着飞行速度的进一步提高,古典翼型的设计已不可能适应高速巡航飞行的要求,因此,只能寻求一种既能适应高速巡航飞行,又能保持较高气动效率的翼型,这就是超临界翼型。

▲ 超临界翼型较古典翼型气动效率更高,更适合高速巡航飞行 

(图中是两种翼型的横截面示意图) 

  C919的机翼设计就是运用了这一超临界翼型。相对于古典翼型,超临界翼型可使巡航气动效率提高20%以上,巡航速度提高将近100多千米/小时;如果用同一厚度的标准来设计古典翼型和超临界翼型,超临界翼型的整体阻力比古典翼型要小8%左右,因而,超临界翼型具有较大的机翼相对厚度,而这可以减轻飞机的结构重量,增大结构空间及燃油容积。

  局部融合设计让飞机更经济、更安全 

  在C919飞机的设计上,超临界机翼与发动机、机身和吊挂之间还采用了性能更为优化的局部融合设计,这些设计进一步提高了C919飞机的经济性和安全性。

  通常飞机发动机的安装位置与机翼较近,两者之间难免产生阻力干扰。设计人员经过反复论证研究,采取了局部融合设计,使发动机与机翼之间达到了有利干扰,也就是“1+1<2”的设计效果,让两者一起的阻力小于两者的阻力之和。对于机翼和机身之间过渡区的局部设计,不仅没有带来机翼的升力损失,还提高了一部分机翼升力系数,也让两台全新的LEAP-1C高函道比发动机能发挥出更佳的性能。

  吊挂是发动机和机翼之间的一个狭窄通道,C919飞机采用的是IPS吊挂。在吊挂设计的过程中,既不能让它破坏机翼下表面的压力分布,又不能破坏发动机短舱上的压力分布。设计人员利用IPS吊挂宽度较大的特点,在机翼前缘进行了融合设计,在不破坏压力分布的情况下,能让机翼晚些到达失速安全边界,提高了飞机的安全性。

  国内首次应用第三代铝锂合金材料 

  在中国武术界,有着“内练一身气,外练筋骨皮”的说法。C919大型客机的研发,也诠释了这一思想。它的结构设计完全由中国商飞自主完成,并实现生产制造全国产化。在机体主结构上,设计人员大量使用了世界先进的第三代铝锂合金材料,这在国内尚属首次,大大带动了国内航空材料和制造的发展。

  铝锂合金材料被认为是目前航空航天业首选的理想轻质高耐损伤金属材料。相比于普通铝合金,铝锂合金在同等重量下强度更大,在同等强度下重量更轻,这一性能对飞机而言非常重要。同时,铝锂合金的损伤容限性能和抗腐蚀性能也更强,使用铝锂合金可以实现结构减重并大大提高飞机寿命。

  由于第三代铝锂合金此前没有在国内民用飞机上使用过,因此拉伸性能、疲劳性能和断裂性能等关系到飞机设计的重要参数,在国内基本没有,需要进行大量试验,方能获得其各项性能指标。为此,攻关团队先后进行了三大块试验,获得了大量设计用有效数据,建立了第三代铝锂合金的材料规范体系、设计许用值体系和制造工艺规范体系,为将来铝锂合金在国内民机产业的广泛使用奠定了坚实的基础。

  苦练内功,航电核心处理系统达到国际先进水平 

  如武学人才内外兼修一样,C919也在“内功”上狠下功夫。在民用飞机产业有个形象的说法:航电系统是“大脑”,飞控系统是“四肢”,EWIS系统是“经络”。就像人一样,一架先进的飞机应该拥有聪敏的大脑、灵活的四肢、通畅的经络。

  C919航电系统的核心——IMA,使用的是目前最先进的高度集成数据处理和网络传输技术。飞机搭载的IMA,由两台核心处理计算机柜负责处理全机各系统的数据,承担全机信息交换中心的职能。遍布全机的多个远程数据接口装置(RDIU)和远程交换机,为全机各系统数据传输、交换提供了通路,形成了强大的数据传输网络。

  这种网络化数据处理方式,相较之前一对一的数据传输处理方式,是巨大的变革,因为它不仅提高了数据传输的处理效率,也大大减少了全机电缆的长度,从而实现了有效的减重。比如说,飞行速度、高度这些数据,以前要由大气数据计算机分别建立通路,传输给显示系统、发动机、环境控制等系统;现在,只需“把工作都交给网络”。 

  这些优点,要归功于C919使用的目前最先进的ARINC664网络集成技术。简单来说,ARINC664网络是一种航空总线通信协议。相比于之前被广泛应用但带宽有限的老版本网络,ARINC664最大的好处就是带宽高且资源共享,这意味着,原来需要通过若干根线缆传输的信号,现在可以由一根线缆传输。这就好比我们从A地到B地,需要开行10列火车,但并不需要修筑10条铁轨,只需要一组双轨铁路,再配上可靠的信号系统便可完成,而且这样做,显然比修10条铁轨更节约资源。

  系统更先进了,带来的技术难点也不少。以ARINC664总线为数据主干道的航电核心处理系统,是应用在飞机航电系统中的先进信息处理系统。目前,国际上只有B787、A380等较新机型采用这种技术。由于ARINC664网络的高度共享性和逻辑复杂性,提高了设计难度,也给中国商飞提出了很高的设计集成能力要求。

  如今,大型客机对数据传输的需求,以及未来在客机上搭载娱乐系统等商业化的需求正不断增多,而C919直接攻关新版本航空数据交换网络的策略,已经让它在数字化和扩展潜力方面,达到了目前民航国际先进机型的水平。

  截至2017年5月,C919已累计23家客户570架订单,这些显示了市场对C919的认可与信心。你知道C919的客户有哪些吗?下拉看一下! 

  

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