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让中国的大飞机翱翔蓝天

日期:2008年6月24日 作者:王银凤 人气:

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    前不久,温家宝总理主持召开国务院常务会议,批准大型飞机研制重大科技专项立项,同意组建大型客机股份公司,尽快开展工作。

    这标志着自上世纪80年代我国第一个自主研制的大飞机——“运十”项目中止后,我国重新启动了大飞机的自主研制工作,在自主创新的道路上迈出了新的步伐。

    大飞机是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机,包括军用、民用大型运输机,也包括150座以上的干线客机。

    作为大型战略性高技术装备,大飞机的研制兼有政治、经济、国防、技术四重意义。在政治意义上,大飞机能够反映一个民族、一个国家的能力,在鼓舞民族精神、提高民族自信方面,其价值不逊于“两弹一星”和太空飞船。经济上,大飞机具有巨大的市场盈利空间。到2020年我国大约需要新增干线客机1600架,总价值为1500亿至1800亿美元;而到2050年,我国大约还需要更新和新增干线客机3000多架,加上各类支线客机和民用运输机,总价值在3500亿至4000亿美元之间。这仅仅是国内市场的统计,如果参与国际竞争,大飞机的市场空间将更加广阔。从国防上看,若大飞机研制成功,将使中国实现大型军用飞机的国产化,进一步增强国防实力。从技术上看,大飞机处于产业链的顶端,堪称拉动工业技术链条的“总龙头”,其研制必将有力地拉动中国的技术进步和产业升级,强化民族工业的力量,提升中国在国际产业分工中的地位。因此,无论从哪个方面看,启动大飞机研制,都是势在必行的重大战略决策。

    目前,世界上只有美、欧、俄具有研制大飞机的能力,而真正具备国际竞争力的只有波音、空客两家,大飞机的复杂性和研制难度由此可见一斑。投资巨大的大飞机项目,是中国航空界的一次战略机遇,来之不易。尽管还存在着许多困难和挑战,但是中国航空工业经过几十年的努力,已初步具备了研制大飞机的技术能力。大飞机研制是一个庞大复杂的系统工程,所涉及的不仅仅是技术因素,还有机制因素。能否借鉴历史的经验教训,建立一个统筹调动各方力量、突破部门利益、显著提高工作效率和投资效益的良好机制,对于大飞机的研制成功至关重要。

    回顾中国研制大飞机的历史脚步

    中国要不要造大飞机?能不能造大飞机?怎样造大飞机?当业界存在的诸多疑虑和争论变成越来越强烈、越来越统一的共识时,当承载着航空人近30年的梦想终于变成国家意志付诸实施时,回顾中国航空工业那段难忘的历史更显得弥足珍贵……

    令人难忘的“处女飞”

    镜头还是回放到1980年9月26日清晨,上海市北郊的大场机场。

    太阳尚未升起,辽阔的机场却是密密匝匝的人群,万余双眼睛锁定在机库大门。甲虫般的牵引车缓缓牵出一个庞然大物:流线型的机头抹着清晨的朝霞,驾驶舱的前风挡玻璃,就像一双大眼惊奇探望着外面的世界,浑圆的机身如同隧道开出的一列火车,高大机尾上则闪耀着巨大的五星红旗和一个醒目的红色标记———Y10。

    她叫“运10”,中国第一架自主设计的客机,也是中国历史上造出的最大飞机。

    全场的呼吸屏住了。

   “运10”的“处女飞”没有令人失望,启动发动机之后,开始在跑道上滑跑、加速,刹那间拔地而起,直冲云霄,如同大鹏展翅,轻盈自如。

    全国为之沸腾……

   “708”的艰辛十年

    34年前,在上海郊区,中国开始了一项代号为708的工程———制造自己的大型喷气客机。那时,国家领导出访国外,都是乘坐租赁的外国航空公司飞机,外界评论中国“尚未进入喷气时代”,是“一只没有翅膀的鹰”。

    1970年8月,国家正式下达文件,这项工程便被以文件下达的年月命名为708工程。来自全国航空工业300多个单位的各路精英被调集参与研制任务,以后该机被命名为“运10”。

   “运10”是我国飞机设计首次从10吨级向百吨级冲刺,这种量级的放大和跳跃会出现“尺度效应”,需要重新找到解决的途径。许多结构和系统,甚至概念和方法都提出了许多新的挑战。

    当时,世界喷气航空技术已经诞生了约15年,各种相关技术都落入设计者的视野。“运10”设计的飞行时间大部分在高亚音速区域,而当时只有前苏联的“图104”、欧洲英国的“三叉戟”和美国的波音飞机能达到这个速度。副总设计师程不时回忆当时的研制工作说:“这是个充满创新意识的过程。大家把三个设计方案,全摊在桌上,互相讨论,对比分析,博采众长,为我所用。”

    择优选定世界航空技术手段为我所用,既需要有放弃、否定的勇气,还需要驾御、消化它们的智慧,实现新的“工程综合”。

    例如在发动机的安装方式上,设计人员首先否定了苏式翼根式布局,然后手工制作出1∶1的全尺寸木质样机,按英国的尾吊式和美国的翼吊式进行风洞试验,最后选定翼吊式。实践证明,这个布局后来成为世界的主流布局,直至21世纪新开发的飞机仍然采用这个布局。又比如飞机的翼型,大家把当时能获得的苏联、欧洲和美国的翼型都放到风洞中试验,最后比较了试验数据,为“运10”选择了最合适的翼型。

    不过,这种创造性的研制方法也遭到了一些嘲笑和质疑:在发动机安装方式上,有些人强烈要走苏联“图104”的路线,选择美式就是“胆大妄为”;有人讥笑翼型是英国的三叉戟。

    但是,程不时认为,翼型作为一种工程研究的基本成果,各国都可以挑来利用。如果按照嘲笑者的逻辑,因为爱迪生发明的电灯泡是圆的,中国就必须做成方的;福特造的汽车是四个轮子,中国只有造出五个轮子才是民族的。而事实上,整个20世纪内,中国所有飞机使用的翼型,从来没有使用“李时珍翼型”或“祖冲之翼型”等纯民族品牌的翼型。

    种种分歧概括起来,无外乎两种思路:一种是“仿制论”,认定一个意识形态,不顾技术分析和试验数据,主张不动脑筋地照抄苏联飞机,复制出中国的“图104”。

   “运10”的研制走的是另一条路线:抛开意识形态的干扰,用实验和数据说话,在设计中所需的各种技术手段上,谁先进就用谁的。也就是我国飞机设计创建者徐舜寿一贯倡导的“熟读唐诗三百首,不唯外国机型论”的方法,即根据飞机的任务需要和客观数据,从世界航空技术总库中挑选合适的手段,独立自主地进行新的“工程综合”来形成自己的设计。又称“综合设计法”,综合百家之长,集成创新,形成自己的总体方案。

    可贵的是,这些在苏联技术体系下成长起来的设计者突破了传统技术轨道的限制。经过164次复杂的实验,1980年,一架我国拥有完全知识产权的大型喷气式客机出现在人们面前,使“运10”成为中国第一架按英美适航条例设计的国产飞机。

    “我从来就没担心过!”

    “运10”试飞前,人们难免也会对技术产生质疑。就连起飞的前一天晚上,还有人问程不时:“飞得起来吗?”

    “怎么飞不起来?!”程不时急了。以后几十年,总有记者问他诸如担心是否飞得起来的问题。

    “我从来就没有担心过。”因为亲自参与了设计,因为有无数试验数据的支持,更因为相信科学,所以他满怀自信,心里有数。

     果真,那天的试飞非常成功。

    “运10”飞机的研制共采用了近百项新材料,一百多项新标准、新工艺。机体国产化率100%,除发动机向国外采购配套外,航电和机械系统国产化率超过96%。波音一位副总裁看了飞机之后说:“如何研制大型喷气式运输机,你们毕业了,我们只不过早毕业几年而已。”

    因为采用了美国的翼吊式,有人认为“运10”是抄波音。美驻华空军武官亲自参观“运10”之后说:“凡是熟悉波音飞机的人,站在机舱门前看一眼就明白,‘运10’不是波音飞机的复制品,机翼构型明显不同。”

    为了对“运10”进行科学的论证,1981年6月,三机部、上海市邀请了航空、冶金、化工以及经济界方面的专家共55位同志,包括樊绪箕、吴仲华、王俊奎等老前辈航空专家,联合召开了“‘运10’飞机论证会”,并进行考察。与会代表一致认为:“运10”飞机已经有了一个很好的基础,将来可以依此发展各种类型的民航飞机。

    但1983年10月,由于继续研制所需要的3000多万元资金无法落实,“运10”项目被搁置,自主研发之路受挫……

    20世纪80年代中期,中央提出飞机工业发展“三步走”计划:第一步是装配和部分制造支干线飞机;第二步与国外合作,联合设计研制100座级飞机;第三步是2010年实现自行设计、制造180座级干线飞机。

    但“三步走”没有走下去。1997年8月,波音并购麦道公司后停止MD-90的生产。1998年,空客终止AE-100项目。于是,一切有关大飞机的研制工作彻底停滞。

    2003年11月,国家科技部组织的“大飞机项目论证组”开始调研和专家论证。到2004年年中,论证工作基本结束。

    2007年2月26日,国务院总理温家宝在国务院常务会议上,听取大型飞机重大专项领导小组关于大型飞机方案论证工作的汇报,原则上批准大型飞机研制重大科技专项正式立项。

    我国大飞机研制进展

    2008年3月31日,备受瞩目的大飞机股份有限公司在上海成立,注册资本190亿元,其全称为“中国商用飞机有限公司”。公司最大股东国务院国资委,出资60亿元,持股33%左右;上海市政府投资成立的国盛集团出资50亿元,占股26%;其余股东为中国一航、中国二航及宝钢、中铝、中化等大型国企。国防科工委主任张庆伟出任公司董事长,国防科工委副主任金壮龙出任总经理。

    据《大型飞机方案论证报告》,国产大飞机项目初步测算投资研制经费约600亿元。其中用于大型民用客机的研制费用约为400亿元,用于大型军用运输机研制的费用约为200亿元。

    全国政协委员、中国航空工业第一集团公司科技委副主任冯培德介绍,大飞机的机载设备、机头、机身等在沈阳、西安、成都等地制造,总装、销售、服务等在上海,可能还会有一些国际合作,预计研发就需要10年左右的时间,真正到市场商用应该在10年以后。其中,大飞机制造出来后,仅试飞就需要3年,要经过几千次起落,经历各种测试。

    冯培德表示,大飞机仍需要很多技术攻关,比如材料、发动机、传感器、液压系统、控制系统,“我们研发大飞机就是要建立飞机产业,这次研发工作要做得比较扎实,包括自主研发发动机、机载设备、通讯雷达等,也不排除一些国际合作,但如果没有,也要自己做出来”。他还透露,大飞机的预研已经开始,目前已投入了上亿的科研经费,比如机载设备已经开始研发。

    大飞机10项待突破关键技术:

    1、民用大型飞机总体设计技术;2、现代民用飞机的气动特性预测方法;3、民用大型飞机的噪声预测和减噪措施;4、民用大型飞机载荷确定技术;5、高效结构和强度设计技术;6、长寿命高可靠性结构设计技术;7、民用大型飞机防雷设计和抗高强度辐射设计;8、多轮起落架设计技术;9、先进复合材料结构设计技术;10、适航审定的特殊要求的鉴定技术。

    欧洲大飞机——空中客车

    空中客车公司是世界上领先的飞机制造商,提供最先进最齐全的飞机系列。作为一家全球性公司,空中客车在法国、德国、英国和西班牙设有研发机构和工厂,并在美国、中国和日本建立了全资子公司。空中客车公司总部位于法国图卢兹,由欧洲航空防务航天公司和英宇航系统公司共同拥有。

    空中客车A380是欧洲空中客车工业公司研制生产的四发远程550座级超大型宽体客机,投产时也是全球载客量最大的客机。A380为全机身长度双层客舱四引擎客机,采用最高密度座位安排时可承载850名乘客,在典型三舱等配置(头等-商务-经济舱)下也可承载555名乘客。A380于2005年4月27日首飞成功,并于同年的11月11日,首次跨洲试飞抵达亚洲的新加坡。现时全球有十多家航空公司订购A380。2000年推出的这款飞机被空中客车公司视为21世纪的“旗舰”产品。原计划定于2006年正式交付投入运营。空中客车A380优势所在,首先在单机旅客运力上有无可匹敌的优势,在飞行员改装成本上也较其他机型要低,且时间更短。

    一直以来,大型远程民用运输机市场被波音公司的B747系列所垄断,空中客车在其他机型上都有与波音公司竞争的机型,但只有在这个市场上一直是一个空白,虽然空中客车公司推出了A340,但仍然不能撼动波音747在这个机型上的绝对优势,空中客车公司开发了500-800座级大型民航运输机A380,意在抢夺由波音747把持的大型客机市场,最初该计划被称为“A3XX”。这个耗资百亿美元的计划提出了对未来民用航空发展的推断:未来世界民航运输机发展将继续向大型化发展,并以此提出了“枢纽辐射”的理念,即旅客通过支线航班汇聚到干线机场,再由大型运输机运送到另一干线机场,最后再乘坐支线客机到达目的地。

    20世纪90年代空客公司宣布了其A380超大型运输机计划。空客认为,改善21世纪空中交通拥挤的最好办法是增加运力;空客推出A380超大型运输机计划项目曾引起不少人担忧,空客则认为大型客机市场还是一块无人争斗的黄金宝地,对市场前景十分乐观,同时为了完善空客的民机系列,占据更有利的位置与波音竞争,值得冒着巨大的商业风险发起A380计划。

    A380在投入服务后,打破波音747在远程超大型宽体客机领域统领35年的纪录,A380的出现结束了波音747在大型运输机市场30年的垄断地位。成为世上载客量最大的民用飞机,不过载重量最大的民用飞机仍是苏制的An-225梦想式运输机。

    A380分为客机和货机两种,A380-800为双层客机,可载555人及持续飞行14800公里;而A380-800F则为货机,可载150吨货物及持续飞行10400公里。空客A380全长78米,是A320的两倍,翼展总长为80米,总重量为583吨。它有两种机型,小型的有效载荷为85吨,可搭载555人,大型的有效载荷为95吨,可搭载625人。A380机舱比通常客机宽43%,乘客活动空间增加48%。A380客机还可以从基线机型衍生出加长型、缩短型和延程型机型,最多可载客1000多人。

    美国大飞机——波音和麦道

    波音公司(The Boeing Company)是美国一家开发及生产飞机的公司,成立于1916年7月1日,由威廉.爱德华.波音创建,并于1917年改名波音公司。1929年更名为联合飞机及空运公司。1934年按政府法规要求拆分成三个独立的公司:联合飞机公司(现联合技术公司)、波音飞机公司、联合航空公司。1961年原波音飞机公司改名为波音公司。

    1997年,波音公司宣布,原波音公司与原麦克唐纳.道格拉斯公司(简称:麦道公司)完成合并,新的波音公司正式营运。麦道公司曾经是美国最大的军用飞机生产商,著名的F-4“鬼怪”、F-15“鹰”、C-17军用运输机、DC系列以及MD系列商用飞机就产自该公司。

    随着1997年波音与麦道的合并,波音在民用飞机领域的传统优势因麦道系列飞机的加入而进一步加强,也使合并后的波音在民用航空领域拥有了70年的领先历史。波音现有的主要民机产品包括717、737、747、767、777系列飞机和波音公务机。新产品研发的重点是波音787,其效率极高,预计于2008年投入运营。全球现役的波音民用飞机接近13000架,约占全球机队总量的75%。

    波音747

    波音747飞机是波音公司生产的四发(动机)远程宽机身运输机。是一种研制与销售都很成功的宽机身客机。1965年8月开始研制,1969年2月原型机试飞,1970年1月首架747交付给泛美航空公司投入航线运营,开创了宽体客机航线服务的新纪元。它的双层客舱及独特外形成为最易辨认的亚音速民航客机。当然也很不幸的成为恐怖分子的首选破坏目标。自波音747飞机投入运营以来,一直垄断着大型运输机的市场,这种情况近几年都不会改变。

    1990年5月起,除747-400型外,其他型号均已停产。

    波音757

    波音757飞机是波音公司生产的双发(动机)窄体中远程运输机。1979年3月开始研制,它与同期研制的波音767在设计、制造和操作方面具有互换性,1982年2月第一架波音757飞机首飞,同年12月取得适航证,投入航线运营。1986年12月获准双发延程飞行。

    波音757是在波音727基础上采用了新机翼和先进发动机并修改了机身外形。

    波音757飞机的主要设计目标是通过降低油耗、减轻机体重量来降低使用成本。

    波音公司于1996年9月2日启动了波音757-300的新项目,首家用户是德国专营包机业务的康多尔(Condor)航空公司。

    目前波音公司已向客户交付了超过1000架波音757。

    由于市场需求日益减少,同时面临来自空客的竞争,2003年10月16日,波音公司正式宣布,将于2004年停止生产波音757飞机。波音也表示,新一代波音737系列、波音7E7可以涵盖到波音757这款200座级客机的市场。

    波音767

    波音767飞机是波音公司生产的双发(动机)半宽体中远程运输机。主要是用来争夺80年代B707、DC8、B727等200座机中远程客机由于退役而形成的市场。1972年提出计划,1978年7月开始全面研制,1981年9月26日第一架波音767飞机首飞,1982年7月型号合格证,同年8月投入航线运营。

    波音767采用了全新的机体,机身宽5.03米,这个宽度及适合采用舒适的双过道客舱布局,用能适应当时已有的标准集装箱和货盘。同时是首次采用两人驾驶制的宽体飞机

    波音767设计上力求保持与波音757有更多的共同性,飞机研制采用了国际合作方式, 波音公司主要承担飞机最后总装,日本三菱、川崎和富士重工及意大利阿莱尼亚公司也参与了研制并各承担研制费和制作工作量的15%。

    截止到2002年5月,已有近900架波音767飞机交付给世界大约60家航空公司。

    1985年5月,美国联邦航空局(FAA)批准,波音767在远程飞行中距离备降机场最多可达120分钟飞行时间即120分钟ETOPS(双发延程飞行)。1989年3月,又被FAA批准180分钟ETOPS。

    波音777

    波音777是美国波音公司研制的双发宽体客机。1990年10月29日正式起动,1994年6月12日第1架波音777首次试飞,1995年4月19日获得欧洲联合适航证和美国联邦航空局型号合格证,1995年5月30日获准180分钟双发延程飞行,1995年5月17日首架交付用户美国联合航空。波音公司与日本三菱、川崎和富士重工业株式会社签定了风险分担伙伴协议,日方承担777结构工作的20%。

    波音777在大小和航程上介于B767-300和B747-400之间,具有座舱布局灵活、航程范围大和不同型号能满足不断变化的市场需求的特点。在设计初期。波音公司和一些航空公司进行了广泛深入的讨论以确定和开发新飞机的结构布局、这些航空公司包括:美国联合航空公司、全日空航空公司、英国航空公司、日本航空公司和香港国泰航空公司,它们在航线结构客流量和服务频率方面全方位地代表了各航空公司现有的营运水平。这些航空公司的参与保证了产品最大限度地满足全世界航空公司的需要。

    波音777停在跑道上.其最明显的识别标志之一就是它的三轴六轮主起落架系统和两个前轮,这种结构既有效地分散了路面载荷又使飞机有不超过三个起落架支柱。

    波音777驾驶舱采用了最新技术的平面液晶显示系统、数字驾驶舱技术。保留了驾驶盘而没有采用侧向操纵杆。波音777的数字驾驶舱技术已经在波音757、波音767和波音747-400飞机上得以验证、许多过上由驾驶员手动的操纵砚在都可自动完成,减少了驾驶员的工作负荷。灵活的电传操纵系统具有驾驶员友好界面,既降低重量.又比传统的机械操纵减少了维护了作量。另外,驾驶舱无论从外部还是从内部来看,飞控系统都是标准的,不同点在于飞行控制都是电子操纵的,这在波音商用飞机上还是首次。

    波音777完成了航空史上最复杂的飞行试验项目,一共有10架波音777参加了其中的飞行试验。

    MD80系列

    MD80系列是美国原麦克唐纳.道格拉斯公司从DC9-50客机发展来的中短程客机。1977年10月开始研制,最初定名为DC9-80,属于对DC9-50的加长改进型,80表示预计投入运营的时间为1980年。第一架原型机1979年10月首次试飞,1980年8月获美国联邦航空局适航证,同年9月交付使用。1983年6月,原麦克唐纳.道格拉斯公司放弃著名的DC商用飞机商标,改称MD,这样DC9-80系列就变更为MD80系列。

    与DC9-50相比,MD-80系列主要的改进是机身加长,翼展加大,采用更大推力的发动机和先进的机载设备,降低了耗油率和噪音。MD80系列客机和波音737、 A320一样是80~90年代最畅销的中短程客机。目前已停止生产,共生产近1200架。

(出处:《科学中国人》2008年第六期)

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