C919完全自主知識產權在哪裡?並不是發動機是美國的就不算

C919大型噴氣式客機,是繼運-10之後,我國第一款真正意義上的民航大飛機,是我國新一代幹線客機,也是我國自主研製的新一代噴氣式客機。經過9年的攻關,C919已經具有完全自主知識產權。在上一篇文章裡面,有很多小夥伴驚訝於我們完全自主知識產權的飛機居然用著美國的發動機,其實這是大家對完全自主知識產權的誤解。

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自主知識產權亦稱“自有知識產權”。一般指與非自主知識產權相對應的,在一國疆域範圍內由本國公民、企業法人或非法人機構作為知識產權權利主體,對其自主研製、開發、生產的“知識產品”,及獲得許可購買他國或他人專利、專有技術、商標、軟件等所享有的一種專有權利。從其權利特性看,具有主體本土化、權屬域內化、權利集成化、私權公權化的特點。

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從這個定義不難看出,C919的知識產權權利主體就是我們中國,是中國無數的科學家和工程師們自主設計、研製和生產的客機,主體是中國沒錯,這個完全知識產權的專有權利也包括獲得許可購買他國或他人專利、專有技術、商標、軟件等,所以並不是用了美國的發動機,C919就不是完全自主知識產權的東西了。

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對於大飛機這樣複雜的產品來說,整體的設計是極其重要的。沒有整體設計,即使把全世界最好的發動機、機身、飛控、電傳等等組合起來,也得不到一架能飛的飛機。C919是我國自主設計的幹線飛機,就飛機整體設計而言擁有完全自主知識產權。

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一架大型客機是複雜的系統集成工程,不同的系統集成在一起需要滿足哪些要求,這一控制方案掌握在設計團隊手中。中國商飛的知識產權也體現在對系統之間的集成控制上。C919飛機上有幾百萬個接口,這關係到液壓、航電等多系統之間的關聯,絕不是簡單的拼接,如何關聯,就取決於飛機的設計方案。中國商飛公司團隊實現了102項關鍵技術攻關,主要涉及氣動技術、新材料、強度設計等方面。

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C919設計研製中有多項重大技術突破,比如超臨界機翼的設計。飛機設計,氣動先行,機頭、後體的設計也關係到飛機阻力的減小,但機翼的設計決定了飛機的性能,是最為關鍵的。我們第一次自主設計超臨界機翼,就達到了世界先進水平,得到了國際同行的認可。

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【 機身 】

不要小看一個飛機的機身,想要造好也需要很多的技術支撐。C919的機頭部分由成飛製造,成飛的機頭做得是非常好的,從質量到新技術的採用,以及進度方面都做得非常好。2014年7月31日,C919的首架機機頭部段在中航工業成飛民機裝配下線。C919大型客機機頭部段全長6.66米,是由框、長桁、風檔骨架、蒙皮組成的典型的半硬殼式金屬結構,包括座艙蓋、前起艙、壁板、機頭地板等幾大部件,共涉及模塊300多項,零件3200多項。

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C919的翼身整流罩、前、主起艙門等由哈飛製造。2012至2014年底,在C919機身初步設計階段和詳細設計階段,中航工業哈飛同步開展了樣機平尾盒段件製造、並行工藝設計、材料設計許用值試驗、關鍵技術攻關、工藝規範編制及驗證、全機數字化製造技術平臺搭建、研保條件建設、特種工藝鑑定和適航審定準備等工作。2015年,中航工業哈飛全面開始工作包的零、部件製造和裝配。7月份,中航工業哈飛承擔的首個部件——翼身整流罩順利通過適航審定,掛籤交付上海浦東總裝基地。9月份,主起落架艙門及前起落架艙門通過適航審定,掛籤交付上海浦東總裝基地。

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前機身和中後機身由洪都航空製造。C919採用了具有世界先進水平的第三代鋁鋰合金材料,且全機鋁鋰合金用量的65%都在洪都航空,結合C919大飛機型號研製涉及的新材料、新工藝、新設備,洪都航空組織開展了鋁鋰合金噴丸強化、鋁鋰合金型材滾彎成形、鋁鋰合金型材熱壓下陷製造等關鍵技術研究,為C919大飛機研製提供技術儲備及保障,所有的關鍵技術全部取得突破。

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中機身、中央翼、縫翼、襟翼等由西飛製造。其中,機翼由7000多項零組件和14.5萬件標準件構成。該公司開展了大型複雜曲面機翼壁闆闆坯優化計算、建模技術研究等課題,突破了外翼超臨界機翼壁板數控噴丸成形技術。

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通過機體大型整體結構件壁板、框、梁、緣條、接頭等零件的低應力切削技術研究,一是掌握了大型金屬零件精密、高效、低成本加工技術;二是掌握了鋁鋰合金等新材料在機加、成形、熱表處理和裝配連接方面技術;三是掌握了複合材料殷鋼工裝設計、製造及產品的精確固化技術和無損檢測技術。

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超臨界機翼整體結構件壁板、梁、長桁,作為C919飛機最關鍵的零件,採用數控噴丸成型、強化,外形精度要求為0.50mm,所選鋁合金高損傷容限材料,在國內飛機機翼壁板上是首次應用。機翼壁板的裝配採用無頭鉚釘自動鑽鉚技術,翼盒裝配採用無餘量裝配、自動制孔、長壽命連接技術。 中央翼設計首次採用了國內最大的鈦合金緣條鍛件,中機身壁板首次使用了國際最先進的第三代鋁鋰合金材料,用量佔62%以上,達到國際先進水平。

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後機身、垂直尾翼等由沈飛製造。吊掛是連接飛機發動機和機翼的結構部件,是整個飛機最關鍵的部件之一,飛機的動力都是通過吊掛傳遞到機身。C919大飛機吊掛零部件整體採用鈦合金材料,在加工鈦合金過程中,沈飛公司先後攻克了數控設備裝配製孔技術等一系列關鍵技術和關鍵工藝。C919大型客機的後機身前段包含了近600項零件,是以新型複合材料為主體的機體結構,也是大面積複合材料製造主體結構在國產民用飛機上的首次應用。

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【 航電系統 】

C919大型客機航電系統以綜合模塊化航電平臺、航空全雙工以太網作為數據交換和處理的中樞,包含了綜合顯示、飛行管理、通信、無線電導航、綜合監視、大氣數據測量、慣性導航、飛行記錄和機載維護等系統功能。C919大型客機項目從立項之初,就著手策劃研製航電系統集成試驗平臺,構建了試驗平臺技術規範體系,自主集成、建設了全新的大型客機重要航空電子系統地面仿真與測試試驗環境,形成了覆蓋全部航電系統的全方位系統綜合試驗環境和能力。

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中電科航空與美國羅克韋爾柯林斯,合資組建中電科柯林斯公司,業務是為C919開發通信導航解決方案。羅克韋爾柯林斯還與中航工業旗下雷華電子技術研究所,組建了中航雷華柯林斯公司,為C919提供綜合監視系統。航電系統是指將通信電臺、雷達、導航設備、飛行管理等分散的系統,通過多路傳輸數據總線交聯在一起的多功能“綜合體”。我們的本土公司上海昂際航電承擔了C919航電系統中大約一半的工作,並且是最核心的“神經中樞”,其綜合模塊化航電平臺,已經被認可為是當今航電系統解決方案中最先進、最尖端的技術體系之一。

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C919駕駛艙採用了常規的“T”形佈局,飛控系統採用全電傳控制,側杆操縱。艙內配備有國際先進水平的航電設備,顯示器採用15.4英寸超大液晶顯示器,為駕駛員提供清晰優質的顯示畫面;左右操縱檯上的電子飛行包,可方便飛行員快速正確地查找飛行信息;平視顯示系統將飛行員從下視顯示儀表中解放出來,大大改善了飛行員的情景意識,對飛機實現精確進近、著陸和低能見度起飛具有重要作用。

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【 結構設計 】

C919結構設計方面的獨門秘籍體現在多個方面,比如採用先進的氣動佈局,性能更為優化的超臨界翼型和局部的融合設計等等。在主風擋方面,採用4塊大面積雙曲面的風擋設計,為機組人員提供更好的視野,同時採用承載式設計,減輕窗框結構重量,也是國際上首次採用IPS(推進系統一體化)設計技術,增加了發動機外涵道空間,提高了燃油效率,減少了氣動損失,降低了噪聲,改善了維修性,減小了結構重量。

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C919大型客機直徑比同類機型都大,寬大的機身將提供給旅客更多乘坐空間,同時採用高效空氣過濾系統提供高品質新鮮空氣,客艙照明採用人性化情景照明設計,給乘客溫馨體貼的舒適環境。

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【 電傳操縱和主動控制 】

C919採用的是全時全權限電傳飛控系統。這種系統是現代民用飛機進化的重要標誌,它改變飛行員通過機械設備控制飛機的傳統做法。在電傳飛控系統下,飛行員的操作通過計算機運算一系列複雜算法達到操縱飛機的目的。這“一系列複雜算法”就是控制律。“控制律一般都是由製造廠商自己研發,一來可以掌握飛機設計、改型的主動權,二來可以掌握保證飛機安全的主動權。

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西安飛控與美國霍尼韋爾成立鴻翔飛控公司,與美國派克宇航成立了鵬翔飛控公司,這兩家公司都參與了C919飛控系統的研發。控制律是C919研發過程中必須靠自己的能力來解決的關鍵技術。C919項目首次採用閉環控制律電傳操縱系統,國內民機在相應領域的研究幾乎為零。C919氣動佈局採用放寬靜穩定性設計,比競爭機型更具經濟性能,但同時帶來操穩品質等級的問題,需要控制律進行補償。

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【 客艙綜合設計 】

客艙的前兩排是頭等艙,後邊是經濟艙。客艙內廚房安裝在前服務門前,為整體組合件。客艙使用大尺寸的旅客觀察窗,帶來很好的視線效果;下拉式的行李箱使頭部空間較現役單通道飛機更大。經濟艙中間的座椅寬度為18.5英寸,比現役單通道飛機要寬0.5英寸。別小看這0.5英寸,卻能讓坐在中間座位的乘客“適意”許多。

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C919的客艙設計檔次很高,堪比波音787飛機。採用了先進的智能化情景照明,能實現包括歡迎模式、就餐模式、休息模式和告別模式在內的多種模式。盥洗室也同樣採用LED照明設計,色彩定位和材質選擇上協調一致,顏色處理自上而下、由淺到深,形成了一個溫馨、明亮的盥洗室內部空間。客艙天花板為圓弧設計,行李箱也是單曲圓弧設計,側壁板同樣是單曲弧面設計,連接在一起猶如一隻展翅的蝙蝠。這種“蝙蝠”形設計,寓意為乘坐C919飛機將為所有的乘客帶來福氣。再如,客艙行李箱的鎖釦採用中國的“祥雲”元素進行形象化設計,突出C919飛機的中國神韻。

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【 氣動力設計 】

採用新一代超臨界機翼和先進氣動佈局等先進氣動力設計技術,達到比現役同類飛機更好的巡航氣動效率”,是C919最突出的設計技術優勢。通過超臨界機翼設計,使飛機巡航升阻比與現役客機相比有較大改善,實現改善客機經濟性目標。C919對氣動佈局進行了改進,對相關部分進行了優化設計,例如側面只有兩塊風檔,這樣機翼更加具備流線型,阻力更小。

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【 先進金屬材料 】

C919採用了第三代鋁鋰合金,中國開發出適用於飛機蒙皮的2060鋁鋰合金,改善了第二代鋁鋰合金的各向異性問題,同時材料的屈服強度提高了40%。C919飛機的機身蒙皮、長桁、地板梁、座椅滑軌、邊界梁、客艙地板支撐立柱等部件都使用了第三代鋁鋰合金,其機體結構重量佔比達到7.4%,獲得綜合減重7%的型號收益。

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C919的後機身後段、平尾、垂尾、升降舵、方向舵、襟翼、副翼、小翼、擾流板等部位均使用了碳纖維複合材料。復材的抗疲勞性能也是十分強大,用行內的話說,復材的“靜力覆蓋疲勞”,其破壞一般由靜強度造成,如拉壞、壓壞、剪壞等,不會因為疲勞而破壞,因此只要靜力滿足設計要求,自然滿足疲勞要求。

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目前C919所有材料和標準件均滿足適航審定要求,獲得大量有效數據,建立了複合材料規範體系和設計許用值、第三代鋁鋰合金材料規範體系和製造工藝規範體系,為將來先進材料在國內民機產業的廣泛使用奠定了堅實基礎。

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其實,C919大飛機項目在系統和設備招標時,政策鼓勵和促進國內外企業進行合作成立合資公司,並且優先選擇合資公司的產品,目標就是藉機推動國內相關領域的技術進步。不過,美國通用電氣與法國賽峰集團合資的CFM國際公司不幹,不願意成立合資公司轉讓相關技術。

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目前全球航空發動機市場基本由美國的通用電氣、普拉特•惠特尼和英國的羅爾斯•羅伊斯壟斷,三家公司整體佔比大約七成。同時,全世界只有中、美、俄、英、法等少數幾個國家能造出來。

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中國商飛C919的39家一級供應商裡面有23家中國供應商,另外美國是9家,法國3家,德國、英國、日本和荷蘭各有一家。

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從中可以發現,歐美企業在C919核心系統中佔據較多優勢,但中國企業正在通過合資模式、項目合作和自主研發快速追趕,提高國產化比例。C919國產化比率達到近60%,遠超項目啟動初期10%的標準,而商飛官方的最終目標是要實現100%國產化。

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在當前國際形勢中,商業競爭不排除政治影響,美國在C919的核心繫統研製中佔據越多優勢,便潛在更多風險。不過,目前美國製造業已退守到少量高精尖行業,“金字塔”的底盤越來越小。而中國的基礎越來越雄厚,並在往塔尖上攀爬,登頂諸多領域。

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飛機的研製,可並不是簡單將採購來的東西進行拼接和調試。要打造一架安全、舒適、經濟的大飛機,包含大量發達國家嚴格限制出口與轉讓的關鍵技術,中國人必須靠自己的能力解決這些問題,才能設計出自己的大飛機。

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