中青在线:南航教授解密大飞机

发布时间:2017-05-05浏览次数:1241作者:王伟 寇晓洁来源:中青在线供图:李润文责任编辑:袁青霞审核:

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南京航空航天大学研发的重载发动机全向移动平台,可实现无拐弯半径转角


    我国自行研制的新一代大型喷气式干线客机C919即将首飞,南京航空航天大学是研发单位之一,从ARJ21(我国首款喷气支线客机)到C919,南航共承担140余项国产大飞机项目,经费过亿元。


    南航参与了C919客机重要技术方案论证,承担了多项关键技术攻关,在飞机设计、空气动力、结构强度、材料制造、适航管理等领域, C919机翼设计、特别是增升装置设计,机翼型架外形设计,高巡航气动效率超临界机翼气动设计等科研项目。


    5月4日,南航教授揭秘了C919的研发过程。


    静力实验首战告捷

    “C919 首个静力试验是在我们这里进行的,数据与理论计算吻合,试验很成功!” 南京航空航天大学航空宇航学院张明副教授站在南航机械结构力学及控制国家重点实验室门前自豪地说。


    飞机的静力试验是结构试验的内容之一,借以观察和研究飞行器结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度,观测结构件的抗破坏力和变形情况,是验证飞行器结构强度和静力分析正确性的重要手段。试验成功与否直接关系到C919大型客机后续各项工作的进度,对于大型客机的研制成功具有重要意义。


    由南京航空航天大学校长聂宏教授团队负责的发动机吊挂的静力试验,是C919大型客机七大部段中首个达到开试状态的静力试验项目。


    他们要检测试验机翼发动机吊挂装置,客机机翼薄,机翼下要悬挂发动机,发动机要推送上百吨的飞机高速飞行,机翼要承受三百吨的承载力,发动机吊挂要承载上百吨负荷,如果强度不够,机翼重量过大,会影响安全和航程。


    2011年3月15日,经过八个月多的时间,C919机翼段静力试验成功完成。


    “此次试验的成功和南航科研团队多年来的科研积累密不可分,与实验室师生近8个月的努力工作密不可分!”南航校友、C919总设计师吴光辉当时表示。


    起落架是飞机起飞着陆的重要部件,聂宏教授团队还承担了C919起落架的研究,设计分析起落架的减震和缓冲性能;设计试验起落架收放机构,减少收放空间,起飞后,起落架可以和机翼折叠成一个平,对起落架功能性能、可靠性进行了试验研究;设计试验起落架的转弯操纵系统,起落架地面可实现80°转弯。


    大飞机结构件组装空隙只有0.2毫米

    飞机装配技术是飞机制造过程中最重要的技术之一。


    “装配技术决定飞机安全性和使用寿命,民用飞机对装配质量要求更高。” 南京航空航天大学机电学院 黄翔教授介绍说,C919设计的飞行寿命是9万小时,要用30年,军用飞机飞行寿命一般只有几千小时。


    据统计, 家用轿车不到1万个零件,而大飞机有几百万个零件,飞机制造过程中50%~70%的时间和成本都用在了飞机装配上,数字化、自动化、柔性化是当前国外飞机制造水平的一个重要标志。


    2009年,南航与中国商飞上海飞机制造厂联合建立“民用飞机先进装配技术中心”,开展了多项民用飞机的装配技术研究,主要包括数字化飞机装配工艺、飞机装配连接质量控制、自动钻铆技术、大部件自动对接、柔线工装等方面。


    黄翔教授介绍说, C919机身和机翼对接部分间隙原来设计是2毫米,现在降到0.5毫米,装配过程全程电脑控制。他们团队开发的数字化测量和检测技术,保证来自不同公司研制的C919七大部段能够一次性对接成功。


    应中国商飞的技术需求,提高装配效率,中心科研人员还联合北航研发了双框架八腿自主移动式轻型自动制孔系统,也称爬行机器人。该系统是个复杂的机电一体化系统,涉及机械、电子、通讯、控制等多个学科和技术领域,该成果也弥补了国内空白。


    基于MBD的数字化工艺技术研究成果,为C919的数字化装配工艺编制提供了坚实的技术保证。进行飞机复合材料翼盒装配技术研究,将复合材料和装配技术进行结合起来研究。自主研制的钎焊金刚石套料钻填补了国内空白,大大提高复合材料制孔的质量和效率。


黄翔教授在介绍计算机智能装配飞机配件

    

    为C919可靠性提供技术支持 做大飞机的“安全卫士”

    关于安全性,民机研制领域有一句话:研制什么飞机听市场的,如何研制 却要听适航的。适航证是飞机的安全飞行许可证,有了这个证书,飞机才能到国外飞行、销售。


    目前,国际适航证标准已经有了很大提升,在空客A320当时取证时采用的标准又发展了20年,这也意味着C919适航获取适航证的难度更具挑战。


    孙有朝教授团队承担了二十余项与C919安全性适航相关的项目,涵盖了可靠性与维修性工程、安全性设计与验证、适航验证与审定、持续适航及管理等领域的科研工作,贯穿大飞机设计、制造、运营、维修的全寿命周期。


    团队开发了大型客机可靠性安全性基础数据库,搭建了大型客机虚拟维修性设计与验证系统、构建了飞机驾驶舱人机工效仿真验证平台,团队研究成果为C919大型客机可靠性安全性设计与适航验证工作提供了重要的技术支持。


    用孙有朝教授自己的话来说,适航技术“综合性强、专业面广,直接为飞机安全性设计与适航取证服务”。


    孙有朝教授团队还主动邀请飞行专家、适航专家、维修专家、设计专家加入课题组,根据项目进展,阶段性进行技术研讨和联合攻关,确保项目成果的可用性和可操作性。


    “适航,说到底就是为了确保公众安全,将来乘客可以放心乘坐C919,因为我们是它的‘安全卫士’。”孙有朝教授对大飞机充满信心。