摘要:国人对于上天总是有一股莫名的执念,如今我们在航天航空领域都有了令人骄傲的成绩,但鲜少有人知道的是,曾经我们被人嘲笑是没有翅膀的雄鹰,而这个翅膀就是指的民用飞机,由于国外的技术封锁,在很长一段时间里我国并没有机会接触到飞机的精密设计,只是被国外当成一个单纯的飞机
国人对于上天总是有一股莫名的执念,如今我们在航天航空领域都有了令人骄傲的成绩,但鲜少有人知道的是,曾经我们被人嘲笑是没有翅膀的雄鹰,而这个翅膀就是指的民用飞机,由于国外的技术封锁,在很长一段时间里我国并没有机会接触到飞机的精密设计,只是被国外当成一个单纯的飞机组装厂,这背后的心酸苦楚只有深处其中的人才懂得。
好在苦尽甘来,经过十几年的努力我们成功研发出了自己的C919大型客机,打破了一直以来欧美企业的垄断局面,开启了由空客、波音和中国大飞机构成的全球民用大飞机“ABC”新格局,而这仅仅只是个开始。
一
在C919成功研发之前,很多人并不清楚这个“大飞机梦”实现得有多么艰难,在他们眼里既然会造小飞机,那么把小飞机按比例放大不就成大飞机了吗?事实上确实有人这么做了,但造出来的大飞机不仅飞行能力差,更别提载客了。
飞机的制造远比我们想象中的要复杂,就连导弹之父钱学森都说过:导弹对单项技术要求高,而飞机则对综合技术要求高,可能要涉及超过70个学科领域,其精密程度可见一斑。通常,一架新飞机从设计图纸到批量生产要花费几年甚至十几年的时间,比如著名的空客A380从立项开始,就花费了将近十年才完成原型机的首飞,研发成本更是高到吓人,达到了惊人的250亿美元,而这还是在欧洲先进技术加持下的结果。
回望中国的航空历程,自从一百多年前飞机问世以来,中国就开始闷头追赶,终于在1909年制成了中国第一架飞机,时间上只比莱特兄弟晚了6年,新中国成立后,国家更是在航空领域倾注了非常多的心血,歼击机、直升机、轰炸机在这个时期都有了较快的发展,然而制造国产大客机的过程却走得并不顺利。根据记录,中国最早的一架大型喷气式客机名叫运10,它的出现成功打破了中国造不出大飞机的质疑之声,实现了零的突破,可令人惋惜的是在1980年运10成功试飞之后,却因为多方面的因素未能投入航线使用,中国独立研制大飞机的计划也因此搁置了一段时间,不过这也让大家看到了中国制造大飞机不再是遥不可及。
在无数个挑灯夜战的日子里,中国航空人员攻克了一道道难关,终于在2017年成功研发了大型客机C919,五年后这架C919飞机被交付给全球首家用户中国东方航空集团有限公司,这架C919有着特殊涂装和专属的“身份证号”,机身的前部印着“全球首架”的“中国印”标志,飞机的注册号为B-919A,其中字母B代表的是中国民航飞机,919则是型号,在中国人的表达习惯中9通常代表“久”,寓意着这是长久以来的期盼,而最后的A则有第一架之意,这一切都凸显着这款全球新机型首架机的非凡意义。
时间一晃而过,到今年的5月28日,东航C919也迎来了商业运营两周年的日子,根据数据记录,东航C919已经执行商业航班超1.14万班,承运旅客突破了157万人次。中国商飞在召开供应商大会时披露,2025年产能从原计划的50架提升至75架,明年的产能规划则上升至100架。C919这架大飞机正载着国人的梦想稳步爬升,当然这还并不是终点,中国客机的下一个形态已经在路上,而这一次有望能够赶在欧美前面实现突破。
二
C919作为大型客机,优势在于容量大且舒适,其在外形上与传统的民航飞机也保持着一致性,都是由一个类似于圆柱形的机身构成的,这种结构虽然保持着一贯的稳定性,但在空气动力效率方面已经达到了极限,飞机在噪音、油耗等方面也还有需要改进的空间,这就是我们正在努力的方向,而目前我们在这方面已经有了令人欣喜的成果。
2023年在靖边通用机场一场牵动人心的试飞正在进行,只见跑道上面一架外形神似蝙蝠的飞机正在缓慢起步,随着速度一步步提升,这架飞机最终成功飞上了天空,围观人群也爆发出了激烈的掌声。为什么大家会这么激动?这架飞机有何特别之处?其实这是西北工业大学研制的翼身融合大型客机缩比试验机,它的独特之处就在于“翼身融合”这几个字上。
顾名思义,“翼身融合”是指飞机的机身以及机翼融为一体,而不像我们现在常规的飞机,机身和机翼是分开的。从外形上来看,翼身融合机的机身呈现宽扁的形态,机身与机翼之间过渡流畅,看不出明显的界限,整架飞机看上去极具未来科技美感,这样的布局带来的优势也是十分明显的,不仅能够降低全机浸润面积,减少摩擦力提高升阻比,还能提高燃油效率,降低碳排放量,甚至在飞机噪音方面还能降低15分贝以上。如此多的优点,完全满足了未来民机的发展要求,是下一代宽体客机发展的优先方向。
事实上,“翼身融合”并不是这几年才出来的概念,早在1988年,美国航空航天局就曾提出疑问:远程运输能不能推动空气动力学研究更进一步?由此拉开了翼身融合技术研究的序幕。在最开始,关于翼身融合的大部分研究成果都被应用于军机,美国B2轰炸机就曾以“翼身融合飞机”的名头现世,可在民航界,翼身融合的研发进展就相对缓慢了。美国波音公司用了十几年,才堪堪将翼身融合技术的概念验证完成,而当他们将概念变成实际操作时,却发现远远没有那么简单。
三
任何领域在进行技术革新的阶段都会面临各种各样的难题,翼身融合技术要实现成果孵化还有几大难关要过。
前面我们说到这项技术最关键的在于它的外形,从传统的圆筒形变为扁平矩形,飞机翼展尺寸与机身的比例会使得其抗侧风能力降低,机身受力状态复杂,那么飞行员在操作这类飞机时会因为不稳定而造成安全隐患。为此,美欧的一些国家设计了多种增稳技术,比如复合式尾舵、V型尾翼以及矢量推力等等,但大多都还处在概念阶段,且控制能力也十分有限,未来,翼身融合飞机需要有更加高效的增稳控制系统作为保障。
同样棘手的还有翼身融合飞机的制造成本,传统飞机的圆截面机身在舱内增压载荷时有着优秀的承压力,同时还有中央翼盒会帮助平衡左右机翼弯曲载荷,而翼身融合飞机在这些方面能力较弱,所以不能采用平常的金属材料才制造其机身,需要使用先进的复合材料才能最大限度地发挥翼身融合的优势。除此之外,由于后者机身与机翼没有明显的分界线,在机舱进行加压时,巨大的拉伸与弯曲载荷会一起作用到飞机上,这股力量之庞大,只单单依靠普通紧固件是难以保证安全性的,也就是说,如若想要将翼身融合技术运用在民航飞机上,那么大尺寸、高可靠型的复合材料结构制造技术就是必须要攻克的难点。
四
毫无疑问,翼身融合技术的出现给未来飞机研发设计闯出了一条新路,但从现状来看开发难度远比想象中的复杂,鉴于此,为了降低研制风险,翼身融合飞机应该优先发展支线客机,积累完经验之后,再逐步朝着中型、大型客机方向发展。同时还需要充分重视验证集的开发,通过从缩比验证到全尺寸验证,优化技术方案孵化关键技术,最终实现关键技术在全尺寸飞机上集成应用,这些道理我国技术研究人员都明白,也正在紧锣密鼓地进行着。
由西工大牵头的国内翼身融合民机研究团队经过多年的技术攻关,现在已经取得了一些列国际领先的研究成果,先是提出了“后体加长翼身融合布局”的概念,突破了高速飞行与低速起降性能协调、增升与配平能力匹配以及客舱乘坐舒适性与应急疏散兼容三个核心技术难题,最终形成的NPU-BWB-300翼身融合民机技术概念方案领先国际,让长时间掌握技术领先的欧美国家刮目相看,也产生了前所未有的危机感。
从C919到翼身融合民机,中国在民航领域踏出了一个又一个夯实的脚印,相信在不久的将来中国就能完成从制造大国到制造强国的飞跃,让我们拭目以待!
参考资料:
光明网:C919商业首飞成功,中国大飞机“一飞冲天”
人民画报:砥砺奋进的五年 | C919,起飞!
中国日报网:试飞成功!西工大翼身融合民机技术研究取得重大突破!
中国军网解放军报:未来翼身融合飞机——从图纸走向现实还有多远
来源:热情的逗狐狸