把小飞机等比例放大,不就是大飞机吗?大飞机到底难造在哪里?

2023年5月28日,一架带有“中国印”的大型客机在上海虹桥国际机场起飞,两个小时后,飞机飞抵北京首都国际机场,跑道上还为它设置了象征民航最高礼仪的“水门”

这架万众瞩目的飞机正是C919,它是我国首次按照国际通行适航标准自行研制的,并且具有自主知识产权的喷气式干线客机,也是全球首架印有“中国印”标识的大飞机,这次飞行的圆满完成,标志着C919正式进入民航市场。

不过,C919并不是中国自主研发的第一架飞机,早在1957年12月,由咱们国家自行制造的运-5就完成了首飞。

虽然运-5只是一架小飞机,但是它的成批生产也能证明我们国家早在20世纪50年代就具备研发生产飞机的能力,现在却仍然如此重视C919,甚至专门设立了“大飞机专项”。

大飞机到底难造在哪儿?为什么我国从小飞机到大飞机花了六十多年,难道不是等比放大就行吗?

大飞机不是等比放大的小飞机

其实研发一架大飞机,可比大家想象中的要难得多。首先,我们先得分清小飞机和大飞机有什么区别。

小飞机是咱们口头上的称呼,人家专业的名字叫轻型飞机,指的是最大起飞重量小于5700公斤的飞机。这种飞机因为个头小,飞机内部的构造就比较简单,和大型飞机比起来就少了许多“技术含量”,使用要求也低,就连草地上都能起降。

大飞机也叫大型客机,相对的,大飞机从制造到驾驶,其难度和小飞机完全不在一个量级,只有最大起飞重量超过100吨运输类飞机,才能被称为大飞机。按照国际航运体系的习惯,300座以上的客机才有资格称为大飞机,而在咱们国家,150座以上的干线客机就可以称作大飞机了

要说小飞机好造,那是因为小飞机的结构简单,别说现在用几十年发展起来的完整工业体系可以造,就连20世纪50年代的生产水平,就已经可以制造小飞机了。然而,大飞机可不是简单地把小飞机等比例放大就能组装起来的,这其中涉及的技术含量和制造工艺极其复杂

世界上第一架获得商业成功的大飞机,是1955年由美国波音公司开发的波音707。1970年时,在大洋彼岸的欧洲,英、法、德和西班牙这四个国家共同研制出可以与波音比肩的大飞机空中客车A300。

自此,大飞机开始成为民航业中炙手可热的“香饽饽”,只不过大飞机发展至今,其典型代表依然被波音和空客这两家公司牢牢掌控。

这两家公司几乎垄断了全球商用飞机市场,在2021年全球商用飞机交付量中,空客系列占59.1%,波音系列占32.9%,也就是说,两大巨头加起来拿下了92%的市场份额。

下面我们就以“珍宝客机”波音747为例,来聊聊为什么大飞机那么难造。

如何制造大飞机

波音747可以说是世界上最著名的大飞机型号之一,它还有个名字叫“空中女王”。波音747也是世界上第一款宽体民航客机,它的体型要比它的老前辈波音707还要大上两倍。

自从1970年被投入使用,波音747霸占世界载客量最高飞机的头衔长达37年,就连美国总统搭乘的“空军一号”,都是波音747的一个军事版本。

虽然波音747是由美国波音制造,但它身上的主要设备和设计,其实都是多家公司的心血,我们都知道,航发被称为飞机的“心脏”,而波音747的“心脏”则是一款高涵道比涡轮风扇发动机。

波音747的航发并不是波音自己开发的,而是通过竞标,找其他公司拿到的。当时,被称为“涡扇发动机先驱者”的通用电气公司正忙着研究C-5银河的发动机,从而错过了这次机会,最终,普惠公司与泛美航空一起研发出的JT9D成了波音747的“心脏”

除了发动机是特别研制的,波音747身上的诸多设计也是为这架大飞机量身定做的。比如为了防止系统失效,波音747采用的失误树分析法,在当时还是新鲜出炉的“黑科技”。

为了能够提高飞机的能力,在设计时,还给波音747搭载了4套备用液压系统、多重结构备用装置、机翼控制系统等系统。这些都是专门为大飞机设计的,要是把小飞机等比例放大,小飞机上没有的系统,就算放大了也不可能凭空产生。

会造小飞机,不代表能够研制出适合大飞机的设备,光是大飞机上的一个空调系统,就够小飞机吃上一壶。

就拿航发来说,运-5的飞机动力装置是活塞5型发动机和J12-G15四叶金属螺旋桨,发动机起飞功率只有1000马力,而JT9D的推力可达193000牛顿。就算把运-5的发动机放大10倍,也不可能支撑波音747起飞。

不单单是推力比不上,小飞机发动机的技术水平和大飞机发动机比起来,那差的也不是一星半点。JT9D作为一款高涵道比涡扇发动机,在设计上需要采用双转子技术,高涵道比的设计也能帮助飞机降低耗油量,这些都是小飞机发动机不可能具备的。

运-5只是运输机,它的出现是我们对苏联安-2的仿制,而要想生产可以进入民航市场的商用大飞机,背后所需要的流程也十分繁复

在设计一款飞机之前,必不可少的步骤就是市场调研,这可不是收集数据就完事儿了,一架飞机的前期调研时间可能需要好几年,我们国家的“大飞机专项”可是2003年就提出来了。

前期调研是为了了解市场需求,比如C919,它对标的就是中国市场上需求量最大的空客A320和波音737。

调研时,需要收集航空公司的需求,了解能拿到哪些供应商的技术支持,随着开会次数越来越多,飞机还得确定座位要多少个,配什么引擎,最远要飞去哪里。

大致轮廓定下来之后就可以进行详细设计,在这个环节,需要无数的设计师掉上许多头发才能得到最终项目。项目出来了,下一步就拿给供应商,飞机的供应商可能来自五湖四海,曾经有人就把飞机的制造看作经济全球化的典型例子

在好几个国家的供应商支持和测试下,一架原型机才能被生产出来。能够生产不代表有资格飞行,为了取得商用飞行的资格,飞机还需要多次试飞取证,比如波音家的客机就得通过FAA的取证阶段,而我们的C919在2020年开始就踏上了取证之路。

拿到证书也不能交付给航空公司,接下来飞机制造商还需要出台相关培训手册,大型飞机还需要对机场进行评估。驾驶飞机的培训和规定都非常严苛复杂,因为每一条航空规定背后可能都有血泪史,驾驶员必须通过培训才能保障飞行安全

到这里,飞机的制造流程基本上算是走完了。这里面涉及到的技术要求和条条框框,都非常复杂,从制造流程上也能看出,大飞机并不是小飞机的放大

大飞机,“中国印”

C919的诞生标志着我国的航空制造水平再上一个台阶,它最大的优势不是价格便宜,也不是技术先进,而是对于中国来说,国产大飞机的诞生满足了中国这个全球需求最大的市场,而且这个市场主体都是“国字头”

C919可以说是含着金汤匙出生,根据中国商飞官网提供的数据,C919在商业首航之前,就已接到超过1000架的订单,其中的订单大户都是国资头。

我们国家能生产出大飞机,也代表着我们和美国正在逐渐“脱钩”。自从2018年,中美两个国家之间打响了贸易战,多个制造行业都开始转型,朝着自主设计的方向努力。

虽然C919身上的国产化只占了60%,C919使用的发动机依然美国通用电气公司与法国赛峰飞机引擎公司联合研制的LEAP-X1C型涡扇发动机。

但其中难度大、科技含量高的部分还有很多。

比如整机外形设计,需要通过大量的风洞试验,兼顾安全性和经济性,大量的控制、航电等子系统都需要我们自己攻克技术,甚至在材料上,我们也使用的是性能优于欧美的陶铝新材料。

C919不可能是中国制造的唯一一架大飞机,在未来,我们必然能够实现100%的国产化,到那个时候,在芯片设计制造和飞机发动机等环节将不会再出现“卡脖子”。

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页面更新:2024-04-30

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