[科普中國]-大飛機C919有哪些高科技

C919飛機效果圖

飛機總裝現場

航電系統與飛機系統動態(tài)集成試驗臺

新聞背景

在不久前珠海舉辦的第11屆中國航展上，關于國產大飛機C919的各種消息再次吸引了人們的眼球：東方航空成為C919全球首家用戶；今年底明年初力爭實現首飛……

C919的橫空出世，標志著中國成為世界上少數幾個有能力研制大型客機的國家。那么，國產大型客機C919到底有哪些高科技含量？

與波音737處于同一量級

C919大型客機是我國擁有自主知識產權的中短程商用干線飛機，從載客量和航程等數據來分析，它與波音B737和空中客車A320處在同一量級。

相比于已經在天空中翱翔數十年的A320和B737，中國的C919是這個領域的新來者。C919的命名頗具深意，“C”是中國商飛英文縮寫“COMAC”的第一個字母，也代表“China”，也恰好與“空中客車（Airbus）”和“波音（Boeing）”的字頭構成順序排列。第一個“9”代表“長久”，后面的“19”則代表最大載客可達190座。

C919承載著中國人的“大飛機”夢想，以及布局民航客機市場，實現研制成功、市場成功和商業(yè)成功的戰(zhàn)略重任，將在首飛和通過適航測試之后，進入航線運營，填補航線上沒有中國干線噴氣客機的空白。

“超臨界機翼”讓飛機更省油

由于民用飛機更強調經濟性和安全性，科研人員除了考慮大飛機的先進性和科學性，也在努力提升飛機的經濟性能。飛機的耗油量與飛機的升阻比（升力和阻力的比值）有直接的關系，升阻比越高，飛機的氣動效率越高，耗油量就越少。而飛機的升力主要來源于機翼，全機70%左右的阻力也來源于機翼。因此，為了保證飛機的座級，避免“油老虎”的出現，在飛機機翼上動腦筋，便成了提高飛機氣動效率的關鍵。

噴氣式民航客機通常以略低于音速的高亞音速飛行。當飛行速度接近音速時，機翼上表面某些區(qū)域的氣流速度可能已經達到音速，令飛行阻力急劇增加。這一時刻飛機飛行速度與音速的比值，被稱為飛機的“臨界馬赫數”。第一、第二代噴氣式客機采用的多是傳統的古典翼型，古典翼型適合于低速及亞音速飛行，在這種速度范圍內，它們具有較高的氣動效率。但是，隨著飛行速度的進一步提高，古典翼型的設計已不可能適應高速巡航飛行的要求，因此，只能尋求一種既能適應高速巡航飛行，又能保持較高氣動效率的翼型，這就是超臨界翼型。

C919的機翼設計就是運用了這一超臨界翼型。相對于古典翼型，超臨界翼型可使巡航氣動效率提高20%以上，巡航速度提高將近100多千米/小時；如果用同一厚度的標準來設計古典翼型和超臨界翼型，超臨界翼型的整體阻力比古典翼型要小8%左右，因而，超臨界翼型具有較大的機翼相對厚度，而這可以減輕飛機的結構重量，增大結構空間及燃油容積。

局部融合設計提高經濟性和安全性

在C919飛機的設計上，超臨界機翼與發(fā)動機、機身和吊掛之間還采用了性能更為優(yōu)化的局部融合設計，這些設計進一步提高了C919飛機的經濟性和安全性。

通常飛機發(fā)動機的安裝位置與機翼較近，兩者之間難免產生阻力干擾。設計人員經過反復論證研究，采取了局部融合設計，使發(fā)動機與機翼之間達到了有利干擾，也就是“1+1＜2”的設計效果，讓兩者一起的阻力小于兩者的阻力之和。對于機翼和機身之間過渡區(qū)的局部設計，不僅沒有帶來機翼的升力損失，還提高了一部分機翼升力系數，也讓兩臺全新的LEAP-1C高函道比發(fā)動機能發(fā)揮出更佳的性能。

吊掛是發(fā)動機和機翼之間的一個狹窄通道，C919飛機采用的是IPS吊掛。在吊掛設計的過程中，既不能讓它破壞機翼下表面的壓力分布，又不能破壞發(fā)動機短艙上的壓力分布。設計人員利用IPS吊掛寬度較大的特點，在機翼前緣進行了融合設計，在不破壞壓力分布的情況下，能讓機翼晚些到達失速安全邊界，提高了飛機的安全性。

國內首次應用第三代鋁鋰合金材料

在中國武術界，有著“內練一身氣，外練筋骨皮”的說法。C919大型客機的研發(fā)，也詮釋了這一思想。它的結構設計完全由中國商飛自主完成，并實現生產制造全國產化。在機體主結構上，設計人員大量使用了世界先進的第三代鋁鋰合金材料，這在國內尚屬首次，大大帶動了國內航空材料和制造的發(fā)展。

鋁鋰合金材料被認為是目前航空航天業(yè)首選的理想輕質高耐損傷金屬材料。相比于普通鋁合金，鋁鋰合金在同等重量下強度更大，在同等強度下重量更輕，這一性能對飛機而言非常重要。同時，鋁鋰合金的損傷容限性能和抗腐蝕性能也更強，使用鋁鋰合金可以實現結構減重并大大提高飛機壽命。

由于第三代鋁鋰合金此前沒有在國內民用飛機上使用過，因此拉伸性能、疲勞性能和斷裂性能等關系到飛機設計的重要參數，在國內基本沒有，需要進行大量試驗，方能獲得其各項性能指標。為此，攻關團隊先后進行了三大塊試驗，獲得了大量設計用有效數據，建立了第三代鋁鋰合金的材料規(guī)范體系、設計許用值體系和制造工藝規(guī)范體系，為將來鋁鋰合金在國內民機產業(yè)的廣泛使用奠定了堅實的基礎。

不僅在材料設計參數驗證方面，在材料生產加工過程中，攻關團隊又先后攻克了多項關鍵技術難題，在生產工藝上取得了重大突破，解決了第三代鋁鋰合金的生產制造問題。

航電核心處理系統達到國際先進水平

如武學人才內外兼修一樣，C919也在“內功”上狠下功夫。在民用飛機產業(yè)有個形象的說法：航電系統是“大腦”，飛控系統是“四肢”，EWIS系統是“經絡”。就像人一樣，一架先進的飛機應該擁有聰敏的大腦、靈活的四肢、通暢的經絡。

C919航電系統的核心——IMA，使用的是目前最先進的高度集成數據處理和網絡傳輸技術。飛機搭載的IMA，由兩臺核心處理計算機柜負責處理全機各系統的數據，承擔全機信息交換中心的職能。遍布全機的多個遠程數據接口裝置（RDIU）和遠程交換機，為全機各系統數據傳輸、交換提供了通路，形成了強大的數據傳輸網絡。

這種網絡化數據處理方式，相較之前一對一的數據傳輸處理方式，是巨大的變革，因為它不僅提高了數據傳輸的處理效率，也大大減少了全機電纜的長度，從而實現了有效的減重。比如說，飛行速度、高度這些數據，以前要由大氣數據計算機分別建立通路，傳輸給顯示系統、發(fā)動機、環(huán)境控制等系統；現在，只需“把工作都交給網絡”。

這些優(yōu)點，要歸功于C919使用的目前最先進的ARINC664網絡集成技術。簡單來說，ARINC664網絡是一種航空總線通信協議。相比于之前被廣泛應用但帶寬有限的老版本網絡，ARINC664最大的好處就是帶寬高且資源共享，這意味著，原來需要通過若干根線纜傳輸的信號，現在可以由一根線纜傳輸。這就好比我們從A地到B地，需要開行10列火車，但并不需要修筑10條鐵路，只需要一組雙軌鐵路，再配上可靠的信號系統便可完成，而且這樣做，顯然比修10條鐵路更節(jié)約資源。

系統更先進了，帶來的技術難點也不少。以ARINC664總線為數據主干道的航電核心處理系統，是應用在飛機航電系統中的先進信息處理系統。目前，國際上只有B787、A380等較新機型采用這種技術。由于ARINC664網絡的高度共享性和邏輯復雜性，提高了設計難度，也給中國商飛提出了很高的設計集成能力要求。

如今，大型客機對數據傳輸的需求，以及未來在客機上搭載娛樂系統等商業(yè)化的需求正不斷增多，而C919直接攻關新版本航空數據交換網絡的策略，已經讓它在數字化和擴展?jié)摿Ψ矫?，達到了目前民航國際先進機型的水平。

（作者:王思磊 單位：中國商飛上海飛機設計研究院）