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专家解析制造大飞机技术难点 需突破10项技术

2013-11-11  来源:北京日报  

  飞机制造业是国家安全和经济独立的重要保证,大型飞机是喷气时代航空科技高度集成的制高点,是国家保持军事威慑能力和国际影响力的关键战略技术。北京日报特约北京航空航天大学教授范玉清讲述——

  生产大飞机的过程涉及多个学科,包括空气动力学、材料学、航空电子学等;大飞机产业则涉及化工、电子、冶金等部门,被称为“现代工业之花”。飞机整体结构制造技术有:高效数控加工、大型壁板的形成技术和大型壁板精确加工技术。集成的整体结构、复材构件和数字化技术,构筑了新一代飞机先进制造技术的主体框架。

  未来20年中国需2000多架大飞机

  目前10亿条牛仔裤才换一架A380

  如今,每天有数十万人要登上7万个航班的客机,预计到2020年会增加一倍,即未来20年全球将需要新增25000架飞机,价值为2万亿美元;中国将需要2000多架飞机,价 值超过1800亿美元。

  目前中国的大型军、民用飞机,全部依赖国外进口。欧洲空中客车公司最新最大的A380客机为3亿美元,而中国生产的牛仔裤在欧洲超市仅卖3欧元一条;约需10亿条牛仔裤,才能换一架A380飞机。以法国、德国、英国和西班牙四国组成的欧洲空中客车公司,能够制造A300、A320、A330、A340等大型系列飞机,占领世界大型飞机市场半壁江山,另一半则被美国波音公司占领。

  研制中的波音787技术最先进

  美欧严格封锁大飞机核心技术

  进入20世纪90年代以来,世界航空工业正在全球范围内形成设计、生产与市场的全球化,降低飞机的成本及提高飞机质量(舒适性、可靠性、经济性和环保性)成为现代飞机研制的重要指标,特别体现在欧洲空中客车公司的A380飞机和美国波音公司的B787飞机(见右图)。最多能运载850多名乘客的豪华A380飞机,是名副其实的空中巨无霸;而机体表面几乎全是复合材料构件组成的B787飞机,是技术上最先进的客机。

  目前只有美国、欧盟和俄罗斯全面掌握了大型飞机研制技术,它们都将其列为战略上优先支持发展的领域。美国和欧盟对大型飞机的核心技术始终严格控制和封锁,甚至不惜通过政府强制手段防止扩散。空中客车公司曾以到天津建A320飞机总装厂为条件,换取中国的巨额客机订单,欧洲媒体便纷纷干涉,怕泄露技术机密。复合材料技术是大飞机的关键飞机装配技术是中国薄弱环节。

  复合材料构件成形技术是制造大飞机的关键。复合材料是一种由高强度、高刚度增强材料铺设在基体中构成的新型材料,具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、隐身性好、抗腐蚀性等一系列优点。在飞机上采用复合材料意味着可以明显减轻飞机的结构重量,提高飞机的性能。欧洲空中客车公司的超大型客机A380,碳纤维复合材料的用量占结构总重的15%。复合材料在美国B787飞机上的用量达50%,机身和机翼部位都采用碳层合板代替铝合金,机体蒙皮结构几乎全是复合材料。

  飞机装配是整个飞机制造过程的龙头,飞机装配技术是中国飞机制造过程中最薄弱的环节,这项复杂的系统工程,涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程,有4个关键技术:简易型架装配技术、自动化铆接技术、先进定位装配技术和装配过程的数字化仿真技术。

  数字化技术缩短总装周期

  大飞机是数据的物质表现

  数字化网络协同研制环境,是大飞机制造的发展平台,应用数字化技术,可以使飞机研制总装的周期大大缩短。数字化飞机制造过程的实质是一个产品数字建模、数据传递、拓延和加工处理的过程,最终形成的飞机产品尤其是大飞机,可以看作是数据的物质表现。美国波音公司首先实现以无纸作业的数字化样机为手段,开发了新一代先进的波音777客机,使其提前一年投入市场。洛克希德·马丁公司在新一代联合战斗机JSF研制中,广泛应用数字化技术,使飞机总装一次完成,制造成本降低50%,研制周期从原来的42个月缩短至24个月。

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  所谓大型飞机,是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机,也包括150座以上的干线客机,国际航运体系习惯上把300个座位以上的客机称作“大型客机”。中国目前已研制成功的大、中型飞机有战机H-6(轰六)系列、运输机Y-8(运八)系列、Y-10(运十)样机、与国外合作生产的MD82和MD90等,但目前仍没有自己研制的大型客机。

  飞机要突破10项关键技术

  中国航空第二集团公司科技委副主任崔德刚表示:为保证中国研制的民用大型飞机具有国际竞争力,并达到适航标准,首先要突破10项关键技术:

  民用大型飞机总体设计技术

  现代民用飞机的气动特性预测方法

  民用大型飞机的噪声预测和减噪措施

  民用大型飞机载荷确定技术

  高效结构和强度设计技术

  长寿命高可靠性结构设计技术

  民用大型飞机防雷设计和抗高强度辐射设计

  多轮起落架设计技术

  先进复合材料结构设计技术

  适航审定的特殊要求的鉴定技术

  除10项关键技术外,中国民用大型飞机的设计还需解决发动机、飞机机载系统与飞机的综合设计技术。在安全性、可靠性和舒适性三项关键评价标准上,应不能低于波音和空中客车公司制造的现有飞机,否则无法适应市场竞争。

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