張焱

對于高端復(fù)雜的民機制造業(yè)來說，“核心技術(shù)是買不來的”這一鐵律顯得尤為明顯。而對于中國商飛這樣一個民機制造領(lǐng)域的“新來者”來說，能否掌握和突破關(guān)鍵技術(shù)，不僅是社會關(guān)注的焦點，也是企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵。

如今，經(jīng)過十年的艱苦探索，依托三大型號發(fā)展，中國商飛公司初步建立了多團(tuán)隊協(xié)同、多專業(yè)融合、多技術(shù)集成的協(xié)同創(chuàng)新平臺，先后攻克108項關(guān)鍵技術(shù)，突破超臨界機翼、鈦合金3D打印等核心技術(shù)，掌握5類4級700多項專業(yè)技術(shù)，獲得近1000個項目專利，制定7000多項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。十年來，持之以恒的技術(shù)創(chuàng)新，開創(chuàng)了中國民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面。

核心研發(fā)能力的探索

自上而下的需求分解分配和自下而上的集成驗證是飛機研制的核心能力，對于這兩項工作的管理，也是ARP 4754A《民用飛機與系統(tǒng)研制指南》的核心，業(yè)界稱之為“雙V”管理流程。依托C919項目，中國商飛公司在我國民用飛機研發(fā)的歷史上第一次采用“雙V”需求管理的方式進(jìn)行一款全新型號飛機的研制工作。

作為主制造商，中國商飛公司獨立自主構(gòu)建了C919飛機全機功能架構(gòu)和系統(tǒng)文件，飛機上的每一個功能定義，都是基于設(shè)計人員對市場和客戶需求的理解而形成的，這些需求驅(qū)動著設(shè)計研發(fā)的全過程。從這個角度來看，C919項目讓中國的商用飛機第一次走向正向設(shè)計。

在飛機級集成驗證能力的探索上，中國商飛公司也取得了可喜的進(jìn)步。如今，在位于浦東張江的上海飛機設(shè)計研究院綜合試驗室大廳內(nèi)，與C919真機外形差異不大的鐵鳥試驗臺仿佛是一只雄鷹，雙翅延展，振翅欲飛。而在鐵鳥試驗臺的旁邊，還有進(jìn)行發(fā)電和配電等供電系統(tǒng)測試的“銅鳥”。

著眼全機集成、規(guī)劃整機驗證，中國商飛的項目研制團(tuán)隊將航電、鐵鳥、電源三大試驗臺進(jìn)行交聯(lián)，開展整機大系統(tǒng)集成的“三鳥聯(lián)合試驗”，在試驗室模擬真實飛機的全剖面飛行，取得了國內(nèi)飛機集成試驗領(lǐng)域的重大突破，而“三鳥聯(lián)試”平臺也是我國第一個飛機級的系統(tǒng)集成試驗平臺。在C919項目的首飛和后續(xù)試驗中，中國商飛研制團(tuán)隊可以通過該平臺進(jìn)行全機機上功能綜合測試，并在地面全面檢查整機功能及交聯(lián)接口，為飛行安全提供有力保障。

在強度設(shè)計驗證方面，中國商飛突破了千萬級精細(xì)化有限元分析，成立了國內(nèi)第一個專業(yè)有限元仿真室。航空領(lǐng)域中的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是有限元技術(shù)最早得到廣泛應(yīng)用的工程領(lǐng)域。作為主要的民機強度計算方法，在應(yīng)用之初由于受到計算機水平的限制，全機模型通常只能劃分為幾萬個單元，因而計算結(jié)果常常不盡如人意。2000年以后，國外逐步出現(xiàn)百萬級整機精細(xì)化有限元模型，而國內(nèi)民機尚無使用先例。2012年，在C919大型客機項目的推動下，中國商飛開始策劃創(chuàng)建百萬級精細(xì)化有限元模型。

2013年，隨著第一個百萬級精細(xì)化模型的完成與成功應(yīng)用，研制團(tuán)隊有了一個更大膽的想法：創(chuàng)建一個千萬級有限元模型。經(jīng)過幾年的技術(shù)攻關(guān)，C919全機精細(xì)有限元模型達(dá)到1800萬個節(jié)點、50萬個連接單元的規(guī)模，在國際上處于領(lǐng)先水平。

2014年，C919翼身組合體開始進(jìn)行靜力試驗，精細(xì)化模型初露鋒芒：有限元仿真室創(chuàng)建的百萬級“細(xì)化模型”和千萬級“精細(xì)模型”的計算結(jié)果與試驗結(jié)果驚人地相似。2016年， C919全機靜力試驗按計劃展開，精細(xì)模型再一次技驚四座，精準(zhǔn)的計算結(jié)果使得工程師們成功地預(yù)測了試驗樣機的高應(yīng)變、高釘載以及可能的失穩(wěn)區(qū)域。未來，隨著精細(xì)化有限元技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將極大地提升飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的分析能力，未來型號研制中物理試驗的數(shù)量有望大幅降低，試驗成功率亦將有明顯提高，從而大大節(jié)約試驗成本，縮短研制周期。

此外，中國商飛公司的項目研制團(tuán)隊也在實踐中不斷摸索和完善飛機構(gòu)型管理體系。在C919飛機的研發(fā)制造過程中，項目團(tuán)隊提出并應(yīng)用了多項先進(jìn)的構(gòu)型管理技術(shù)，如模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理技術(shù)、多視圖管理技術(shù)、滾動基線管理技術(shù)、閉環(huán)更改控制技術(shù)、單機構(gòu)型管控技術(shù)、全生命周期的數(shù)字化平臺技術(shù)等，保證構(gòu)型管理可以對C919飛機的所有數(shù)據(jù)（包括更改信息）進(jìn)行有效記錄，從而使飛機的整個研制活動處于可控范圍內(nèi)，保證開發(fā)過程的完整性，最終生產(chǎn)出符合客戶要求、滿足適航規(guī)章的飛機產(chǎn)品。

關(guān)鍵裝配能力的自主攻關(guān)

飛機的總裝生產(chǎn)能力和效率也是主制造商最重要的核心能力之一。對于制造商來說，通用設(shè)備可以采購，但是裝配工藝與總裝集成能力卻是無法引進(jìn)的，“關(guān)鍵工藝技術(shù)的自主攻關(guān)是公司發(fā)展的必經(jīng)之路”已經(jīng)是中國商飛研制團(tuán)隊的共識。

經(jīng)過十年的發(fā)展，中國商飛位于浦東祝橋的總裝制造中心，從一片荒蕪之地變成了一條條配備了先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的飛機生產(chǎn)線。在總裝生產(chǎn)車間里，C919大型客機的柔性裝配生產(chǎn)線已經(jīng)投入使用，萬眾矚目的C919大型客機就是在這里誕生的。

如今，中國商飛的柔性裝配生產(chǎn)線已經(jīng)實現(xiàn)了民機機體結(jié)構(gòu)裝配工藝流程的數(shù)字化、自動化、智能化設(shè)計，集成研制了自動化鉆鉚設(shè)備、機身大部件自動調(diào)姿裝配系統(tǒng)、自動導(dǎo)引運輸系統(tǒng)（AGV）、柔性工裝等自動化/智能化裝備。C919大型客機平尾、中央翼、中機身、全機對接及總裝移動生產(chǎn)線已經(jīng)投入使用，以自動化、數(shù)字化、智能化裝配及管理為特征的機體部裝、總裝車間已經(jīng)初現(xiàn)雛形。

尤為值得一提的是，在進(jìn)行總裝生產(chǎn)線規(guī)劃的同時，中國商飛還積極與民航局合作，不斷提升飛機總裝生產(chǎn)的規(guī)范化水平。如今，我國擁有了首套局方適航部門認(rèn)可的民機工藝規(guī)范，其中詳細(xì)規(guī)定了裝配過程所采用的設(shè)備、工藝參數(shù)、過程控制方法、質(zhì)量檢測方法、人員資質(zhì)等要求，成為我國民機機體裝配的制造依據(jù)。

在國家大型飛機重大專項、“973計劃”、“863計劃”等項目支持下，中國商飛與上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)合作，開展了一系列機體裝配工藝方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，部分成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。例如，飛機外殼的蒙皮厚度僅為2毫米，用手指摁一下就會變形。為了將這種柔性材料與剛性材料安全地結(jié)合在一起，科研團(tuán)隊提出了剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)裝配偏差分析方法，并開發(fā)出數(shù)字化裝配偏差仿真分析系統(tǒng)，有效降低了裝配誤差。

由于C919大量采用復(fù)合材料和鋁鋰合金等新型輕質(zhì)材料，給制孔工藝帶來了很大挑戰(zhàn)。為此，中國商飛上飛公司的生產(chǎn)團(tuán)隊建立了復(fù)合材料制孔質(zhì)量穩(wěn)定性控制體系，并提出無墊板支撐制孔方法，研制出新型偏心螺旋銑孔裝置。經(jīng)過質(zhì)量管理和技術(shù)創(chuàng)新“雙管齊下”，C919的制孔合格率達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

此外，在大尺寸零件噴丸成形工藝上，中國商飛公司的研制團(tuán)隊也取得了突破。由于噴丸工藝具有工裝簡單、生產(chǎn)周期短、改善疲勞品質(zhì)等特點，研制團(tuán)隊通過技術(shù)攻關(guān)，在機翼上下壁板、前后梁、重要接頭、機身蒙皮開口區(qū)等部位采用噴丸工藝。其中，單塊壁板展向最大長度16.6m，寬度2m，最大厚度20mm?？梢哉f，在項目的帶動下，中國民機產(chǎn)業(yè)的總裝制造能力在十年內(nèi)邁上了新臺階。

新材料的研究和應(yīng)用

一代材料，一代飛機。在航空史上，材料的變革推動飛機制造水平的不斷進(jìn)步。如今，在C919、CR929項目的帶動下，中國商飛公司在新材料的使用上有了重大突破。

如果把飛機設(shè)計研發(fā)的全過程比作一個金字塔，那么材料設(shè)計在整個環(huán)節(jié)中，尤其是結(jié)構(gòu)強度設(shè)計環(huán)節(jié)中就處于第一層或第二層的基礎(chǔ)位置。材料設(shè)計要通過大量的基礎(chǔ)性研發(fā)試驗，為整個結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核給出許用值。

在C919研發(fā)過程中，項目研制團(tuán)隊遇到了很大的挑戰(zhàn)。在C919項目之前，我國在民機材料方面缺乏一套規(guī)范的體系，通過C919這個型號，中國商飛探索建立了自己的材料規(guī)范體系，并且該體系得到國內(nèi)外主流材料供應(yīng)商的支持、配合和認(rèn)同。

為了建立起一套自己的材料規(guī)范體系，中國商飛的研制團(tuán)隊需要完成大量的試驗驗證。眾所周知，材料試驗非常瑣碎，但要求卻十分嚴(yán)格。舉個例子，光第一階段的復(fù)合材料許用值工作就涉及21000多項試驗件的制造和試驗，每個試驗件尺寸的測試值超過20處，可以想象制造的精細(xì)程度有多高，試驗件檢測的工作量有多大。而這僅僅是許用值工作的起步階段，未來還有更多的工作要完成。

在C919大型客機中，復(fù)合材料、鋁鋰合金材料、鈦合金材料等先進(jìn)材料都得到了應(yīng)用。在C919飛機上，尾翼主盒段和后機身前段使用了先進(jìn)的第三代中模高強碳纖維復(fù)合材料，主承力結(jié)構(gòu)、高溫區(qū)、增壓區(qū)使用復(fù)合材料在國內(nèi)民用飛機研制中也屬首次。更重要的是，通過大量的驗證試驗，中國商飛初步建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)材料和特種材料規(guī)范體系、設(shè)計許用值體系和制造工藝規(guī)范體系，實現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)過程控制。

在鈦合金的使用上，中國商飛與供應(yīng)商中航工業(yè)洪都一起，用近三年時間開展材料性能測試工作，先后完成2500多件試驗件測試，先后攻克鋁鋰合金蒙皮噴丸強化、鋁鋰合金型材滾彎成形制造、蒙皮鏡像銑切加工、鋁鋰合金型材熱壓下陷制造、鋁鋰合金蒙皮噴丸校形等關(guān)鍵技術(shù)。

此外，中國商飛還聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等國內(nèi)知名高校，開展3D打印技術(shù)研究，并將鈦合金3D打印件成功應(yīng)用于C919艙門復(fù)雜件。其力學(xué)性能明顯高于原有鑄件，且有效縮短了零件交付周期，快速響應(yīng)數(shù)模優(yōu)化更改。與此同時，中國商飛還建立了鈦合金3D打印專用原材料及產(chǎn)品規(guī)范，有效保證了產(chǎn)品的性能要求。