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从仿制测绘设计到自主研制:揭秘我国“大飞机之路”

中国经济周刊-经济网(记者 程子彦)5月5日下午2点,我国自主研发的首架国产大飞机成功首飞。对于一个新型号的飞机而言,首飞既是由设想变图纸、图纸变实物、实物能飞行等一系列工作链中的一个重要环节,又是新型号由静止到运动的转折点和新型号诞生的一个重要里程碑。其实,我国的“大飞机之路”遍布奋斗与伤痛,这些年究竟经历了什么,一起来为您揭秘。

仿制和测绘设计阶段

在中国民让机制造领域,一提到仿制和测绘设计,立刻就能人联想到被誉为“英俊少年”的运7。在当时的社会背景下,航空工业经过仿制生产,已经具备相当的规模,飞机设计队伍正在成长。歼击机已由仿制走向自行设计,但是大型飞机,特别是运输机尚属空白。

运7由此而生。

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运7

运7是我国按照苏联20世纪60年代生产的安-24B进行测绘设计而来的,由于“文革”期间质量失控、匆忙装机,暴露出的问题很多,占整个试飞问题的70%~80%。

但是像每个童话故事一样,运7最终取得了成功。截至1988年底,陆续生产出厂的运7飞机56架,飞行在55条国内航线,往返56个大城市之间,成为当时国内航线上的最大机群。

中航工业生产的新舟60就是以运7为基础改造出来的哦。

自行研制阶段

说到我国自行研制的第一架民用客机,那就是运十无疑了。

1969年,毛泽东同志到上海视察工作时,问起上海有没有搞飞机?上海方面提出上海可以造飞机,并于1970年正式向中央提出了上海造飞机的要求。这架飞机就是运十,她以美国波音707-320C型飞机为参考,主要按美国1970年版联邦航空条例FAR25部进行设计。

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运十

1980年9月26日,运十飞机在上海大场机场进行首次试飞成功。运十飞机的研制成功使我国拥有了自己设计制造大型飞机的复杂技术,这不仅填补了我国民族工业以前不能制造大型飞机的空白,而且使我国成为继美、苏联、英、法之后,第五个研制出100吨级飞机的国家。

然而,遗憾的是运十项目最终还是下马了。

国际合作“三步走”阶段

运十下马后,我国制定了发展民机“三步走”的战略计划。

第一步是部分制造和装配MD-80/-90系列飞机,由美国麦道公司提供技术,提高生产制造能力;第二步是与国外合作,联合研制100座级飞机,提高设计技术水平;第三步是自己设计、制造180座级干线飞机。但到1998年秋,这些目标全部落空。

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MD-82

麦道公司被波音兼并,MD-80/-90系列飞机中美合作暂停;中德联合研制70座级的MPC-75飞机,因为资金、空客公司要发展A319飞机和其他种种原因而宣告失败;AE-100项目是中航总发展民用飞机三步走战略中重要的一步,但由于空客公司已决定开发A318飞机,准备放弃AE-100项目,并在新加坡航展期间发表了明确的讲话,中方决定停止AE-100项目。

改型研制阶段

运7-200A型飞机的研制,是运7飞机十分重要的改进改型项目,“新舟”60是运7-200A(座舱内装饰等进行了改进)推向市场的机型。

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新舟60

根据1988年2月方案审议会上提出的改进研制项目和航空工业部与民航总局达成的协议书《运7-200发展型飞机技术状态及基本数据》所规定的基本内容,确定了运7-200A飞机研制中付诸实施的主要项目,包括前机身重新设计、换装PW-124A发动机和14SF螺旋桨、前起落架优化设计、环控系统改进设计、重新设计电源及供配电系统,换装机载设备、气囊式除冰、燃油系统更改、采用尺寸较小的雷达天线、更改旅客登机门等。

运7-200A飞机于1993年12月26日首飞成功。首飞前完成上天前必做的地面试验12项,从1993年6月开铆到首飞,仅用了半年时间。运 7-200A飞机0001架机首飞后,很快完成了调整试飞。1998年5月7日,适航当局正式批准颁发型号合格证。1998年5月18日,在北京人民大会堂浙江厅举行颁证仪式,同时举行新闻发布会,宣布运7-200A飞机可以投入航线营运。

运7-200A飞机研制历时11年取得成功。

自主研制新阶段

这一阶段,代表作就是ARJ21与C919。

2000年11月6日,国防科工委在珠海航展期间发布《中国民用飞机发展报告》,对外宣布中国将按照国际适航标准研制具有自主知识产权的新型涡扇支线飞机。至2002年6月,国务院批准《国家计委关于审批中国航空工业第一集团公司新型涡扇支线飞机项目建议书请示》,新支线飞机项目正式立项。

ARJ21是我国首次严格按照国际通用的航空适航管理条例进行研制和生产,也是目前国内唯一申请运输类飞机适航标准型号合格证并获得美国联邦航空局受理的运输类飞机项目。它完全由中国人自己完成总体设计、系统集成、总装和适航取证。ARJ21飞机同时也是我国第1架外销欧美发达国家的民用涡扇支线飞机。目前ARJ21飞机已交付首家用户成都航空运营。

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ARJ21

大型客机代号为“COMAC919”(简称“C919")。C919大型客机是我国拥有自主知识产权的150座级、单通道、高亚声速、双发、中短程商用干线客机。其基本型混合级布局为156座,全经济级布局为168座,高密度级布局为180座。

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C919

2015年11月2日,C919大型客机首架机在中国商飞公司新建成的总装制造中心浦东基地总装下线。2017年5月5日下午两点,C919首飞成功!

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首飞是民用飞机进入市场的一个曝光良机

不是所有飞机首飞均是公开的,比如研制军用飞机是保密的,而民用飞机的首飞是公开的。特别是新研制的民用飞机,首飞是其推销市场的一个亮相和曝光良机,通过首飞向市场宣传产品,以赢得市场的信誉。

据中国商飞向中国经济周刊-经济网记者提供的资料显示:只要飞机开始滑行和离地,最基本的系统功能就得到初步考核,试飞员将首次评述飞机的操稳特性、起飞着陆性能、动力装置和驾驶设备等工作情况。

据中国经济周刊-经济网记者了解,一般轻型飞机的首飞时间不超过30至40分钟,大型飞机为1至2小时。首飞一般选择一个好天气,能见度不低于5-7km,没有低云和侧风。

首飞前要做哪些准备呢?

据中国商飞向中国经济周刊-经济网记者介绍:首飞阶段应包括试飞准备、滑行和首飞。

广义地说,所有前期设计、制造和试验都在为首飞进行准备。这里叙述的“试飞准备”是指新机推出总装车间即飞机下线后所进行的与首飞直接相关的技术工作。试飞准备应包括如下内容:测试改装、地面试验、试飞队伍培训、试飞文件准备、执行试飞质量安全程序、取得升空飞行许可。

地面滑行分为低速、中速和高速滑行。对于现代战斗机而言,一般低速滑行速度为30~80km/h,中速滑行速度为100~180km/h,高速滑行速度为200~240km/h。

飞机跑道滑行的主要目的有:检查在滑行振动条件下的飞机结构牢固性;检查飞机各系统工作是否正常;检查飞机的刹车效率是否满足要求,包括发动机最大状态下的停机刹车能力,应急刹车能力;检查飞机滑行运动特性,包括转弯能力、精确保持直线滑行能力和曲线滑行修正能力;在高速滑行时检查飞机的抬前轮操纵能力,包括在这种情况下飞机保持平衡能力。

高速滑行的风险度是很高的。试飞员、指挥员和所有飞行保障人员都应把高速滑行当作飞机首飞来准备

为了保证首飞成功,质量安全监控部门必须召开首飞评审会。在这个会上,主要审查如下内容:首飞大纲和任务单是否合理、飞机状态是否具备飞行条件、测试设备是否满足首飞要求、试飞员和指挥员技术和心理素质以及健康状况是否合格等八项内容。

什么条件下的首飞才是最安全的?

通常担任首飞的飞行员都必须是经验非常丰富的试飞员。他必须对首飞任务充满信心。

首飞应达到的技术目标是:检查在首飞状态下,飞机结构和飞机系统工作是否正常;飞机飞行品质是否满足要求;飞机是否存在气动伺服弹性不稳定和其他不正常振动。

根据这个目标,首飞安排的试飞科目应包括:平飞巡航、缓慢推拉油门(小速度迎角最大为15°~18°)、三向脉冲操纵(单脉冲或倍脉冲,幅值从1/4~1/2操纵行程)、小范围滚转(滚转角30°~60°)、从一侧到另一侧定值滚转BTB(左30°~右30°,适当保持俯仰姿态,不要求保持过载),小范围协调侧滑(侧滑角不大于8°)。

通过这些动作试飞,一方面初步检查飞机的飞行品质和气动伺服弹性,确保飞机的可飞性;另一方面,技术人员可以得到相关数据,以便辨识飞机达到的定量指标,检验地面仿真模型的正确性和可信度。

首飞需要坚持的原则是,一是首飞构型尽可能简单,一般采用干净或基本构型。二是首飞时发动机不开加力,把飞机高风险和发动机高风险尽可能剥离;三是首飞空域要选择,通常是空中交通不拥挤,地面人烟稀少,空地通信无障碍,地面和空中电磁环境干净,离试飞场地跑道不远的空域进行;如有必要,要考虑备降机场。一旦确定备降机场,该机场的条件要有定义,并加以落实。

试飞动作完成后,在返场着陆之前应进行模拟进场着陆飞行,即在适当的高度,如场高3000米,对准跑道方向、减速下滑,模拟进行着陆和复飞,一方面检查着陆特性,另一方面熟悉着陆操纵。

首飞着陆速度应在规定的范围内适度偏大,着陆点适中,以便于特殊情况下的复飞处理,也有利于侧风条件下的安全着陆。

关于首飞你所不知道的小细节

在首飞时,不收起落架是正常的,因为首飞更突出的是仪式感,并不需要体现性能,只是为了让大家知道飞机能安全起降。整个过程安全是第一位的。所以,像首飞这样短时间的飞行流程,起落架不收没问题。而且,不收起落架还能防止出现收了放不下的情况,另外还可以测试起落架放下构型时的飞行性能。

但空客最近两款新机型A350XWB和A320neo的首飞,起落架在飞行过程中均完成了收放测试。A350-900首飞时进行的起落架收放测试表明了空客对这款全新宽体飞机的充足信心,而A320neo除了空客方面同样表明对这款换装全新发动机的单通道飞机的信心之外,毕竟其前任机型A320ceo(现款A320系列飞机,CurrentEngine Option)于1987年完成首飞,而且A320neo与A320ceo保持了95%的高度通用性,仅在发动机和一些气动性能上做了改进,所以随之带来的风险也相对较低。

同时,在首飞时,通常会安排伴飞飞机跟飞观测,出现“小跟班”。它的任务是在空中对首飞飞机进行实时观测、记录飞行数据、拍摄照片和视频,全力保证飞机在首飞过程中的安全。一旦出现任何问题,伴飞飞机的机组人员将立即向首飞飞机的机组人员发出警告,向地面管控人员报告,并引导首飞飞机安全降落。此外,伴飞飞机还将监测首飞的空中环境,确保不会有其他飞机闯入首飞的飞行线路,并杜绝任何窃密的隐患。

民机首飞鲜有失败

新造的飞机第一次飞上天,必然存在较高的风险。早期试飞事故非常频繁,据美国统计,20世纪60年代以前,试飞中的事故率非常高,几乎平均每周都有一位试飞员牺牲。随着科学技术的不断发展和地面试验设施以及试飞支持设施的不断完善,试飞中的事故率大大降低。

据中国商飞向中国经济周刊-经济网记者介绍,在民机领域,飞机制造商对待每个新机型的首飞都非常谨慎,宁愿一再延迟首飞时间也不贸然进行,因为一旦失败将大大影响该款飞机的销售前景。因此在民用客机领域鲜有发生首飞失败的案例。

(以上素材由中国商飞提供)

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(网络编辑:张芳超)
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