文/本刊記者 潘如丹

1909年，中國航空史上的第一架飛機(jī)“馮如一號(hào)”首飛成功，此時(shí)距美國人萊特兄弟發(fā)明世界上第一架飛機(jī)，僅僅相隔6年。然而，中國人真正開始研制大飛機(jī)，只能從上世紀(jì)70年代算起，因起步較晚，曾被嘲笑是“沒有翅膀的雄鷹”。

2017年5月5日14點(diǎn)，在上海浦東國際機(jī)場，C919大型客機(jī)成功飛上藍(lán)天。在中國新一代飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造者的智慧與努力下，雄鷹終于插上翅膀在藍(lán)天上翱翔。近日，記者探訪了大客機(jī)的核心研發(fā)部門——中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院（以下簡稱“上飛院”），與神秘的大飛機(jī)設(shè)計(jì)者零距離交流，了解大飛機(jī)研制背后的故事。

一“布”到位的設(shè)計(jì)模式

“大飛機(jī)的事業(yè)是國家的戰(zhàn)略規(guī)劃，也是國家核心競爭力的體現(xiàn)。面對(duì)當(dāng)前美國波音、歐洲空客等老牌飛機(jī)制造商在商用飛機(jī)制造領(lǐng)域的壟斷地位，大飛機(jī)的研制工作面臨巨大的困難?！笨傮w氣動(dòng)部部長俞金海說，“大飛機(jī)的研發(fā)是舉全國之力，經(jīng)過長期的科研攻關(guān)，才舉得成功的。我們共同經(jīng)歷了許多令人煎熬的日日夜夜，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題?！?/p>

飛機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)是飛機(jī)制造工程的起點(diǎn)和核心所在，對(duì)整個(gè)飛機(jī)全壽命周期都有著關(guān)鍵性的影響，而總體布置更是飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的核心設(shè)計(jì)部分，位于整個(gè)飛機(jī)全壽命周期的最前端。記者來到總體氣動(dòng)部總體布置室，這個(gè)團(tuán)隊(duì)是大飛機(jī)制造的總體設(shè)計(jì)者，承擔(dān)兩個(gè)國家重點(diǎn)型號(hào)（ARJ21和C919）的飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)布置協(xié)調(diào)、數(shù)字樣機(jī)管理等工作，同時(shí)負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子爆破、輪胎爆破等大飛機(jī)重大專項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)。

總體布置室以設(shè)計(jì)出“航空公司愿意買，飛行員愿意飛，乘客愿意坐”的大飛機(jī)為目標(biāo)，提出一“布”到位的研發(fā)模式。一“布”到位是指運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)流程保證方案一次做好，布置到位。該模式在吃透需求的基礎(chǔ)上，依靠技術(shù)和管理創(chuàng)新，精準(zhǔn)解決了型號(hào)研制總體布置的靶向問題。在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制中，該模式實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)研制中的顯性和隱性風(fēng)險(xiǎn)雙歸零，確保由數(shù)百萬零件組成的C919首架機(jī)總裝對(duì)接一次成功，為研制項(xiàng)目節(jié)約科研經(jīng)費(fèi)2.74億元?？傮w布置室主任王勤超介紹：“總體布置室由于采用這一標(biāo)準(zhǔn)化模式，有效地幫助數(shù)字樣機(jī)、起落架輪胎爆破、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子爆破等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域順利達(dá)到世界先進(jìn)水平，也引領(lǐng)我們逐步發(fā)展壯大，成為中國大飛機(jī)事業(yè)的排頭兵?！?/p>

在大飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，總體布置室從研制階段、技術(shù)專題、工作步驟等維度梳理出19個(gè)專題139項(xiàng)技術(shù)，形成技術(shù)體系圖譜，將關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、流程化?？傮w布置室運(yùn)用139項(xiàng)工作流程標(biāo)準(zhǔn)，保證飛機(jī)總體布置方案一次做好，所有設(shè)備布置到位；利用價(jià)值流圖等工具對(duì)總體布置工作進(jìn)行精益改進(jìn)，刪減多余步驟、合并重復(fù)步驟，梳理出一套總體布置工作標(biāo)準(zhǔn)化流程；基于計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)，將復(fù)雜的作業(yè)指導(dǎo)文件轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)人機(jī)交互界面，指導(dǎo)操作規(guī)范，有據(jù)可依。

打破關(guān)鍵技術(shù)壁壘

民用飛機(jī)的輪胎是飛機(jī)的關(guān)鍵部件之一，不但起著在地面承載飛機(jī)的重要作用，還要支撐飛機(jī)數(shù)十甚至上百噸的重量，進(jìn)行高速滑跑和著陸沖擊，且要經(jīng)久耐用、安全可靠。為滿足如此苛刻的要求，飛機(jī)輪胎的胎體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，內(nèi)部充氣壓力極高。一旦輪胎在飛機(jī)運(yùn)行中破損，如被機(jī)場異物扎傷，就可能導(dǎo)致輪胎發(fā)生爆破事故，影響飛機(jī)安全運(yùn)營。世界范圍內(nèi)每年都有因飛機(jī)輪胎發(fā)生爆破而引發(fā)事故的報(bào)道，超音速客機(jī)“協(xié)和”號(hào)就因輪胎爆破事故而機(jī)毀人亡。

為保障飛機(jī)的安全運(yùn)營，國際各民航局明確要求進(jìn)入市場的民用飛機(jī)，必須滿足輪胎爆破的相關(guān)適航規(guī)章要求，為此ARJ21新支線飛機(jī)和C919大型客機(jī)均需要開展相關(guān)輪胎爆破驗(yàn)證工作。但該項(xiàng)技術(shù)要求極高，以輪胎爆破氣體噴流為例，需實(shí)現(xiàn)輪胎爆破的“定壓、定向、定型”爆破。“定壓”指的是爆破時(shí)胎內(nèi)壓力必須與適航條款要求一致；“定向”指的是噴流必須指向受測試試驗(yàn)件；“定型”指的是輪胎爆破形態(tài)必須符合適航要求。國內(nèi)此前從未開展過相關(guān)試驗(yàn)，國外在試驗(yàn)的核心技術(shù)（如輪胎引爆裝置等）進(jìn)行技術(shù)封鎖，因此必須走自主研發(fā)的道路。

為突破輪胎引爆裝置這一技術(shù)壁壘，上飛院并未簡單照搬適航文件中對(duì)輪胎爆破噴流的描述，而是從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定背景出發(fā)，深入研究輪胎爆破機(jī)理。上飛院成立了安全衛(wèi)士QC小組，利用先進(jìn)的質(zhì)量管理理念及工具，提高技術(shù)攻關(guān)效率。小組從研究導(dǎo)致輪胎發(fā)生爆破危險(xiǎn)的機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用質(zhì)量管理工具對(duì)難題進(jìn)行要因確認(rèn)；運(yùn)用系統(tǒng)圖對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行分解，對(duì)每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)制定有針對(duì)性的解決措施，并逐項(xiàng)對(duì)措施進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和場景模擬，反復(fù)迭代找出關(guān)鍵點(diǎn)，突破國外技術(shù)封鎖，完成起落架艙內(nèi)輪胎爆破試驗(yàn)，成功研制出可控、可靠、穩(wěn)定的輪胎引爆裝置。由于該項(xiàng)技術(shù)的突破，ARJ21飛機(jī)順利取得型號(hào)適航合格證，為后來的大飛機(jī)研制成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

數(shù)字樣機(jī)研制成功

除此以外，這個(gè)團(tuán)隊(duì)還驚人地取得了多項(xiàng)高精尖技術(shù)成果，如ARJ21-700飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的研制。該項(xiàng)目取代了除機(jī)頭部分以外的傳統(tǒng)工程樣機(jī)，為工程樣機(jī)設(shè)計(jì)及制造節(jié)省資金七千余萬元。

樣機(jī)的研制成功，首先得益于在飛機(jī)研發(fā)中充分利用“數(shù)字化+自動(dòng)化”的手段，搭建面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化集成管理環(huán)境“IDEAL平臺(tái)”，自主開發(fā)數(shù)模間隙檢查軟件，將傳統(tǒng)人工檢查數(shù)字樣機(jī)自動(dòng)化，并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高效率，減少差錯(cuò)，確保質(zhì)量，提升數(shù)模評(píng)估速度和準(zhǔn)確度，將工程更改的平均評(píng)估時(shí)間降低30%。

同時(shí)，結(jié)合與數(shù)字樣機(jī)技術(shù)相關(guān)的質(zhì)量管理方法，上飛院先后開展了“提高IDEAL平臺(tái)數(shù)模完整率”“提高IDEAL平臺(tái)數(shù)模簽審準(zhǔn)確率”的QC小組活動(dòng)，以及“提高供應(yīng)商IDEAL平臺(tái)數(shù)模下載成功率”等多項(xiàng)質(zhì)量改進(jìn)活動(dòng)，加快設(shè)計(jì)協(xié)同，減少設(shè)計(jì)更改，縮短研制周期，降低研發(fā)成本。C919的數(shù)字樣機(jī)集成技術(shù)確保了首架飛機(jī)總裝對(duì)接一次成功，使C919飛機(jī)順利完成首飛，為項(xiàng)目節(jié)省了巨大的人力成本，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，整體效率提升30%。

C919問世前，波音737和空客A320這兩大客機(jī)在全球客機(jī)市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，C919的橫空出世，意味著波音和空客壟斷多年的歐美大飛機(jī)市場將被打開一個(gè)缺口。目前，C919大型客機(jī)擁有中國國際航空公司、南方航空、東方航空、美國通用電氣租賃(GECAS)等27家國內(nèi)外用戶，已獲訂單730份。

成功研制大型客機(jī)C919之后，新的超大型客機(jī)CR929項(xiàng)目即將上馬，CR929的技術(shù)將更加成熟，外觀將更加現(xiàn)代。如果說C919的成功試飛圓了中國人制造大飛機(jī)的夢想，那么CR929將成為繼高鐵、核電之后，國產(chǎn)大飛機(jī)向世界遞上的一張中國“智造”新名片。