中國大飛機(jī)①

王燁捷

說起中國人自己制造的大型民用客機(jī)C919，不得不提3個(gè)百分比——10%、60%和100%。這是大飛機(jī)的“國產(chǎn)化率”。

C919項(xiàng)目啟動之初，考慮到中國人繼國產(chǎn)運(yùn)十飛機(jī)之后再也沒有碰過“大飛機(jī)”，中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司內(nèi)部保守估計(jì)，C919的國產(chǎn)化率大于10%即可;交付下線后，這架一出生就能與波音、空客兩大名牌客機(jī)相媲美的中國大飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了近60%的國產(chǎn)化率，并拿到570架的訂單。

而C919最終要實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化。記者了解到，C919飛機(jī)在制造時(shí)針對一些暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)的部分，選擇了兩條路——一是國外原廠，國內(nèi)合資;二是原裝進(jìn)口，到一定程度實(shí)現(xiàn)部分國產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)。

“最終實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化”是中國商飛購買原裝進(jìn)口產(chǎn)品時(shí)設(shè)置的“門檻”，也就是說，一旦某項(xiàng)產(chǎn)品被中國商飛采購，那么它最終都會逐步國產(chǎn)化。這是產(chǎn)品生產(chǎn)廠商與中國商飛之間的基本約定。

如果把一架飛機(jī)比作一個(gè)人，那么發(fā)動機(jī)就是心臟，液壓系統(tǒng)是血液，而控制律則是靈魂。當(dāng)中國商飛研制的中短航程支線客機(jī)ARJ21-700在進(jìn)行各種試飛驗(yàn)證時(shí)，國產(chǎn)大飛機(jī)C919的設(shè)計(jì)也爭分奪秒地開始。

“控制律其實(shí)是一個(gè)算法。”上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院操穩(wěn)特性與控制律室副主任鄭曉輝介紹，按照專業(yè)的解釋，電傳飛行控制律是電傳飛控系統(tǒng)運(yùn)行的控制規(guī)律。控制律表明了飛行員操縱與飛機(jī)運(yùn)動響應(yīng)之間的關(guān)系，通過反饋控制算法，獲得飛行員期望的飛機(jī)操縱特性。

以自動停車技術(shù)為例，目前的自動停車技術(shù)可以做到操作者按鍵“設(shè)定目標(biāo)”，汽車自己停進(jìn)指定位置。在這一過程中，算法起到至關(guān)重要的作用。“看上去是車自己倒進(jìn)去的，但其實(shí)是車上的傳感器測量了距離、角度等因素，通過數(shù)據(jù)的計(jì)算，控制輪子去完成。”鄭曉輝說。

據(jù)介紹，飛行控制律的算法也是同樣的作用。控制律算法越復(fù)雜，飛行員的負(fù)擔(dān)就越輕，就越容易操控飛機(jī)，通過算法設(shè)計(jì)，使得飛機(jī)智能化程度更高，減少人犯錯(cuò)誤的可能性。

2012年，中國商飛組建了一支以上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院操穩(wěn)特性與控制律室設(shè)計(jì)人員為主的攻關(guān)隊(duì)，為C919設(shè)計(jì)電傳飛行控制律。4年后，這支主要由80后組成的隊(duì)伍初步完成設(shè)計(jì)。

中國商飛自行研發(fā)了C919飛行控制律的算法。ARJ21-700型支線飛機(jī)采用了相對簡單的開環(huán)控制律，很多操作需要飛行員手動完成;而C919采用的是復(fù)雜得多的閉環(huán)控制律，飛行員手動操作的內(nèi)容少了很多。

霍尼韋爾公司是C919飛控系統(tǒng)的供應(yīng)商，受制于美國法律，它不能向C919項(xiàng)目方提供飛行控制律算法這項(xiàng)技術(shù)，只能由中國商飛自主研發(fā)。研發(fā)過程中，霍尼韋爾公司只負(fù)責(zé)將中國商飛設(shè)計(jì)好的算法與方案進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)。對程序設(shè)計(jì)是否合適的問題，霍尼韋爾公司只回答“對”或“不對”，故障則由中國商飛自行定位并排除。

“為C919做控制律，難就難在這是第一次。”鄭曉輝說，與國外相比，我國在飛行控制律算法方面的經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足。一旦完成第一次設(shè)計(jì)，后續(xù)型號的設(shè)計(jì)就會容易許多。比如，空客A320也是第一次搞電傳，到了330、340，只要在320的基礎(chǔ)上調(diào)整，很快就能做出新的算法。

每一次，團(tuán)隊(duì)把算法設(shè)計(jì)好，還要形成系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，全部翻譯為英文后發(fā)給供應(yīng)商，然后由供應(yīng)商寫軟件代碼。團(tuán)隊(duì)成員趙晶慧介紹，他們?yōu)镃919設(shè)計(jì)的控制律共有4100多條英文需求、前前后后跟供應(yīng)商開了200多次英語電話會議。

在C919身上，先進(jìn)材料首次得到了大規(guī)模應(yīng)用。

在它的“皮膚”上，第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料的用量分別達(dá)8.8%和12%，而此前在ARJ客機(jī)上的應(yīng)用量僅有1%。ARJ的新材料，用于非承力結(jié)構(gòu)，而C919使用在機(jī)身后段以及平尾等承力部位。對標(biāo)波音737和空客A320兩種型號的“競爭對手”，C919上先進(jìn)復(fù)合材料的使用量也更多。

因此，C919被認(rèn)為“在我國材料領(lǐng)域具有里程碑式的意義”。公開資料顯示，新材料使體型較大的C919減重7%以上。

中國商飛公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院標(biāo)準(zhǔn)材料設(shè)計(jì)研究部副部長袁宇慧告訴記者，飛機(jī)上使用的復(fù)合材料主要是指碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、耐腐蝕的特點(diǎn)，不僅能降低飛機(jī)的自重、增加載客量，而且還能減少后期維護(hù)的費(fèi)用。

用材料科學(xué)專家、中南大學(xué)材料學(xué)院教授鄧運(yùn)來的話來說，飛機(jī)的“皮膚”就是一代飛機(jī)的標(biāo)志，“一代飛機(jī)，一代材料”。材料越輕、耐久性越佳，飛機(jī)的性能也就能隨之上一個(gè)臺階。

而我國材料科學(xué)在世界上還處于較為弱勢的地位，30多年前研制的運(yùn)-10民用機(jī)采用的就是“全金屬質(zhì)地”。C919目前使用的復(fù)合材料全都來自國外供應(yīng)商，但在沒有基本材料標(biāo)準(zhǔn)的情況下，即便向外國購買，都是一件極其困難的事。

袁宇慧要做的，就是根據(jù)飛機(jī)性能需求，制定出C919每一個(gè)部位材料的選用標(biāo)準(zhǔn)。她告訴記者，世界上每一家飛機(jī)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的每一種型號飛機(jī)，都有一套專屬的材料標(biāo)準(zhǔn)。這些材料標(biāo)準(zhǔn)，就像可口可樂的神秘配方一樣，具有自主知識產(chǎn)權(quán)——買不到。

袁宇慧和團(tuán)隊(duì)花了4年時(shí)間才把C919材料的標(biāo)準(zhǔn)文字、內(nèi)容部分基本確定，但具體到每個(gè)部位每種材料的纖維量、拉伸長度、樹脂含量、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等數(shù)據(jù)，還要重新做實(shí)驗(yàn)，再用統(tǒng)計(jì)學(xué)算法得出合理值。這個(gè)合理值，既要保證符合C919的設(shè)計(jì)需求，也要具備生產(chǎn)的可能性，還要最終得到適航當(dāng)局的認(rèn)可。

這些年來，標(biāo)準(zhǔn)材料團(tuán)隊(duì)幾乎每天都在設(shè)計(jì)、制造的一線調(diào)研。實(shí)操工程師會告訴他們，需要哪一種性能的材料，軟一點(diǎn)、拉伸度強(qiáng)一些、質(zhì)量輕一些……

工程師們口中的“一點(diǎn)、一些”，到了材料師那里，就必須量化為具體參數(shù)。這些參數(shù)，每一次都是由材料師通過實(shí)驗(yàn)室比對、實(shí)操測量等繁瑣又枯燥的方式獲得。

值得一提的是，憑借豐富的材料領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，袁宇慧團(tuán)隊(duì)目前已在指導(dǎo)中航工業(yè)下屬的輔助材料生產(chǎn)企業(yè)和江蘇一家民營企業(yè)進(jìn)行材料優(yōu)化和革新，“過去我們只會告訴他們要什么，做不出來就算了;現(xiàn)在我們可以幫助他們分析，問題可能出在哪個(gè)環(huán)節(jié)，可以如何改進(jìn)”。

◎ 來源| 中國青年報(bào)（有刪減）