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指责C919只有壳子不公而且无知

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2015-11-11 18:41:03

 国产C919客机总装下线已经有些日子了,但关于C919的争议,尤其是针对C919国产率问题指责C919只有“壳子”的责难声却从未消失。实际上客机设计的大半重点都在于“壳子”上,过度鄙夷客机壳子的意义,不仅对C919设计人员很不公平,而且是无知的表现。

一:国内宣传欠妥是C919客机饱受质疑的重要原因

虽然这么说有些尖锐敏感,但笔者必须说,C919今日受到的不公平指责,有相当大部分是由于我国传统的宣传习惯不好而引起的。我国在宣传上过度注重人文精神,而轻视理工知识和内在逻辑。因此国内但凡出来个新东西,多半只是过分的夸它好,却无法有说服力的证明它好在哪里,是何种程度的好;而对不好的地方,更是绝口不提。

这样做的结果,必然导致多数人没有办法在认知上形成牢固稳定的准确判断基础。面对国内取得的新成就,一方面大家对它期望值放的过高,恨不得一步登天,只有和世界顶级水平能够媲美才能让人觉得理所当然。而另一方面,就是极大的低估了工程技术的发展难度;做不到世界先进水平就是垃圾,不能实现全国产化就是完全没有自己的核心技术。

指责C919只有壳子不公而且无知

图:为什么装着4台美国原装发动机的运10原型机,只飞了170个小时就不再飞了?因为它的壳子只允许200小时的安全飞行寿命,再接着飞就极其危险了。没有好壳子,就算有好发动机好设备,一样不顶用。

当年运10的宣传就是如此。本来在70年代末期能第一次造出那么大的客机并顺畅完成基本科目的试飞、甚至能在西藏高原地区完成载货起降,这对于国内已经是极大的突破和怎样自豪都不为过的成就了,但宣传上却非要将其无限拔高到等同于国际先进水平。

实际上运10无论是材料、制造工艺,还是结构设计和试验都存在大量的问题,无论是设计方自己的估算,还是北航专家组的复核,都证明最初的运10样机安全飞行寿命不超过200小时。这一点只在极少数专业论文和著作中提及,因此绝大多数人都毫不知情。

在运20和C919首飞、总装下线以后,很多人根本无法理解我国在这两个型号上相比于运10取得了多大的进步和技术成就;反而发自内心的认为,我国真的在80年代初期就有研制这个水平飞机的能力。尤其是在国产化率较低的C919上,不理智的指责现象极为严重。今日之果,皆是过往之因。

二:C919的气动确实做的不错,但目前的宣传完全不合格

所谓的“壳子”涵括了飞机的气动外形和机身结构。飞机的尺寸,决定了它能携带多少燃油和乘客、货物。飞机的外形——包括它在各种情况下(载重量、速度、高度)的变形特性和幅度,决定了它要花多大的阻力代价才能获得所需的升力。

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图:运10的参照蓝本波音707,它的气动和结构设计在今天早已完全过时。即使是给它换上新发动机各种新设备,投入市场运营的结果也一定是赔得血本无归

相比于战斗机每一代设计,都能找出大量不同的外形特征差异,客机的总体布局确实几十年来都没变过。但如果谁真的以为现在客机的气动一直没有进步,让他拿着几十年前外形的客机去开公司的话,即使是采用包括发动机在内的一切相同设备;一年都不要,他就会在高昂的运行成本和盈利亏损下跳楼。

无它——就因为壳子外形的细微差别,别人飞机相同航程比他省油,比他能运载更多的乘客和货物;而运载相同乘客和货物的时候,别人能跑的航线,他却因为飞机航程不够而跑不了。而正是在这些细节上,C919下了很大的力气的追赶,虽然和波音787这样的世界顶级水平不能相比,但仍然可以说做的不错了。

指责C919只有壳子不公而且无知

图:C919干净机翼构型的气流分离(左)和增升装置(襟翼)打开以后的气流分离对比(右)。现代客机的基本设计,不论是气动还是结构,都已经很成熟;性能优劣完全依靠无数个设计点上,一点一滴挤榨出更高的效率然后累积出来。这些信息很难被简单粗暴的宣传工作所传递。

比如目前宣传中强调C919的设计先进性,常常会提到两个方面,一个是采用了超临界翼型,一个是翼梢小翼,这种宣传点切入的太不明智了。因为这两个东西的基础设计,其实已经存在了很多年——比如1967年开发的空客A300客机就应用了超临界翼型;然而C919在这两个方面的具体进步,又牵涉到大量的专业内容,不易于表达,于是就被宣传部门全部砍掉。最后的结果就是很多人指责C919宣传“气动先进”是用70年代就开始普及的技术来愚弄大众。

实际上C919气动上的最大亮点,在于它利用先进手段大幅提升了设计效率——这其中很多技术因为硬件基础的关系,真正投入实用至今不超过15年;在吸取以往国外机型经验教训的基础上,应用新设计新技术提升总体性能。比如仅在机翼上,C919就在机翼厚度、油箱容积不比同类飞机小的情况下,做到阻力比现役的同类超临界翼型飞机(比如空客A320)要降低2%

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图:C919中研究发动机吊舱对机翼气流干扰的部分内容

而在发动机吊舱和机翼之间,为了从一开始就留下大尺寸的发动机安装余地——C919又特别优化了发动机吊舱和机翼之间的干扰阻力。而波音737 max,就是因为机翼和机身气动设计太老,没有给发动机留下余地,以至于它就算和空客A320 NE0、C919采用同一个系列的发动机,也只能装推力小了1/8以上的版本。

通过采用快速成形技术、 先进优化设计方法及精确CFD与优化设计、风洞试验验证的无缝结合,C919飞机设计在超临界机翼、 增升装置、 翼梢小翼、 减阻技术和流动控制技术方面取得很大的突破, 经风洞试验和不同CFD程序计算验证, 机头、 后体设计减阻1%, 翼梢小翼设计减阻2%, 机翼吊挂/发动机一体化设计比竞争机减阻2%, 总体达到了C919空气动力设计相对竞争机同比减阻5%的设计要求。

然而非常遗憾的是,这些具体的进步内容,只能在专业文献中找到,根本没有出现在官方宣传中。

三:C919结构根本不是运10所能相提并论。而材料落后是中国的现状,但并非不能在未来改变

除了外形,C919壳子的结构,一方面决定了自身的燃油经济性——结构越重,就越要多烧油。另一方面也决定了它能是不是能在接来下的十几二十年、甚至更长的时间内,能够几乎日日不断的安全飞行——这是个非常困难的事情,C919在飞行中的每一刻,机翼和机身都在不断的变形;每一次降落,都是以六十多吨重量以两百多公里时速接地。

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图:就是这么点薄薄的壳子,支撑着现代客机在十几二十年内,在重达几十吨、甚至两三百吨的重量下,以两三百公里每小时的速度接地几万次而不出现严重的损坏。设计制造这样的壳子,真的很容易?

如果仅仅是将飞机结构视为“造一个壳子”,那么大概运10就算是典型了。它参照的波音707客机飞行寿命可以达到几万小时,而运10在材料和工艺能力不足情况下,强行制造出那么大结构的结果,就是安全飞行寿命只有200小时;飞一次就是全身各处变形、裂纹,结构出现各种故障需要修理,以至于每年最多飞几十个小时。

而今天的C919完全不同,这是一架寿命可以达到6-8万小时、能够投身商业市场进行商业运营的飞机。以国内现有的水平来说,C919在结构可靠性上追平空客A320和波音737这样的对手是不可能的,但故障率也不会差出一个数量级去;和几十年前的运10相比,这进步难道还不够大?

指责C919只有壳子不公而且无知

图:A350 XWB的机翼结构,也就是这样空荡荡的玩意,要支撑起两百多吨的重量在天空以几百公里小时飞行,持续十几二十年甚至更久。

当然,为了提升结构性能和减重,C919目前采用了很多进口的材料,比如先进的铝锂合金,这点被很多人所重点诟病。笔者只想列举国内的一个现成例子,歼10在样机制造、以及前几架原型机上,一样大量应用了进口材料——从铝材到座舱玻璃,因为当时国产材料根本不足以满足三代机的高性能要求。直到歼10在2004年定型时,才基本实现绝大部分材料的国产化。

任何人都无法否认的事实是,如果没有歼10的研制作为基础,根本不会有今天的歼20。那么当初如果真要等到了全部材料都能国产达标才开始动手研制,那么歼10和歼20的研制要拖后多少年?如同歼10的研制,C919现在大量使用进口材料,不代表以后也将大量使用进口材料;正相反,过于刻板的强调“全面自主”,只会严重拖累中国的客机发展。

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