[科普中国]-大飞机C919有哪些高科技

C919飞机效果图

飞机总装现场

航电系统与飞机系统动态集成试验台

新闻背景

在不久前珠海举办的第11届中国航展上，关于国产大飞机C919的各种消息再次吸引了人们的眼球：东方航空成为C919全球首家用户；今年底明年初力争实现首飞……

C919的横空出世，标志着中国成为世界上少数几个有能力研制大型客机的国家。那么，国产大型客机C919到底有哪些高科技含量？

与波音737处于同一量级

C919大型客机是我国拥有自主知识产权的中短程商用干线飞机，从载客量和航程等数据来分析，它与波音B737和空中客车A320处在同一量级。

相比于已经在天空中翱翔数十年的A320和B737，中国的C919是这个领域的新来者。C919的命名颇具深意，“C”是中国商飞英文缩写“COMAC”的第一个字母，也代表“China”，也恰好与“空中客车（Airbus）”和“波音（Boeing）”的字头构成顺序排列。第一个“9”代表“长久”，后面的“19”则代表最大载客可达190座。

C919承载着中国人的“大飞机”梦想，以及布局民航客机市场，实现研制成功、市场成功和商业成功的战略重任，将在首飞和通过适航测试之后，进入航线运营，填补航线上没有中国干线喷气客机的空白。

“超临界机翼”让飞机更省油

由于民用飞机更强调经济性和安全性，科研人员除了考虑大飞机的先进性和科学性，也在努力提升飞机的经济性能。飞机的耗油量与飞机的升阻比（升力和阻力的比值）有直接的关系，升阻比越高，飞机的气动效率越高，耗油量就越少。而飞机的升力主要来源于机翼，全机70%左右的阻力也来源于机翼。因此，为了保证飞机的座级，避免“油老虎”的出现，在飞机机翼上动脑筋，便成了提高飞机气动效率的关键。

喷气式民航客机通常以略低于音速的高亚音速飞行。当飞行速度接近音速时，机翼上表面某些区域的气流速度可能已经达到音速，令飞行阻力急剧增加。这一时刻飞机飞行速度与音速的比值，被称为飞机的“临界马赫数”。第一、第二代喷气式客机采用的多是传统的古典翼型，古典翼型适合于低速及亚音速飞行，在这种速度范围内，它们具有较高的气动效率。但是，随着飞行速度的进一步提高，古典翼型的设计已不可能适应高速巡航飞行的要求，因此，只能寻求一种既能适应高速巡航飞行，又能保持较高气动效率的翼型，这就是超临界翼型。

C919的机翼设计就是运用了这一超临界翼型。相对于古典翼型，超临界翼型可使巡航气动效率提高20%以上，巡航速度提高将近100多千米/小时；如果用同一厚度的标准来设计古典翼型和超临界翼型，超临界翼型的整体阻力比古典翼型要小8%左右，因而，超临界翼型具有较大的机翼相对厚度，而这可以减轻飞机的结构重量，增大结构空间及燃油容积。

局部融合设计提高经济性和安全性

在C919飞机的设计上，超临界机翼与发动机、机身和吊挂之间还采用了性能更为优化的局部融合设计，这些设计进一步提高了C919飞机的经济性和安全性。

通常飞机发动机的安装位置与机翼较近，两者之间难免产生阻力干扰。设计人员经过反复论证研究，采取了局部融合设计，使发动机与机翼之间达到了有利干扰，也就是“1+1＜2”的设计效果，让两者一起的阻力小于两者的阻力之和。对于机翼和机身之间过渡区的局部设计，不仅没有带来机翼的升力损失，还提高了一部分机翼升力系数，也让两台全新的LEAP-1C高函道比发动机能发挥出更佳的性能。

吊挂是发动机和机翼之间的一个狭窄通道，C919飞机采用的是IPS吊挂。在吊挂设计的过程中，既不能让它破坏机翼下表面的压力分布，又不能破坏发动机短舱上的压力分布。设计人员利用IPS吊挂宽度较大的特点，在机翼前缘进行了融合设计，在不破坏压力分布的情况下，能让机翼晚些到达失速安全边界，提高了飞机的安全性。

国内首次应用第三代铝锂合金材料

在中国武术界，有着“内练一身气，外练筋骨皮”的说法。C919大型客机的研发，也诠释了这一思想。它的结构设计完全由中国商飞自主完成，并实现生产制造全国产化。在机体主结构上，设计人员大量使用了世界先进的第三代铝锂合金材料，这在国内尚属首次，大大带动了国内航空材料和制造的发展。

铝锂合金材料被认为是目前航空航天业首选的理想轻质高耐损伤金属材料。相比于普通铝合金，铝锂合金在同等重量下强度更大，在同等强度下重量更轻，这一性能对飞机而言非常重要。同时，铝锂合金的损伤容限性能和抗腐蚀性能也更强，使用铝锂合金可以实现结构减重并大大提高飞机寿命。

由于第三代铝锂合金此前没有在国内民用飞机上使用过，因此拉伸性能、疲劳性能和断裂性能等关系到飞机设计的重要参数，在国内基本没有，需要进行大量试验，方能获得其各项性能指标。为此，攻关团队先后进行了三大块试验，获得了大量设计用有效数据，建立了第三代铝锂合金的材料规范体系、设计许用值体系和制造工艺规范体系，为将来铝锂合金在国内民机产业的广泛使用奠定了坚实的基础。

不仅在材料设计参数验证方面，在材料生产加工过程中，攻关团队又先后攻克了多项关键技术难题，在生产工艺上取得了重大突破，解决了第三代铝锂合金的生产制造问题。

航电核心处理系统达到国际先进水平

如武学人才内外兼修一样，C919也在“内功”上狠下功夫。在民用飞机产业有个形象的说法：航电系统是“大脑”，飞控系统是“四肢”，EWIS系统是“经络”。就像人一样，一架先进的飞机应该拥有聪敏的大脑、灵活的四肢、通畅的经络。

C919航电系统的核心——IMA，使用的是目前最先进的高度集成数据处理和网络传输技术。飞机搭载的IMA，由两台核心处理计算机柜负责处理全机各系统的数据，承担全机信息交换中心的职能。遍布全机的多个远程数据接口装置（RDIU）和远程交换机，为全机各系统数据传输、交换提供了通路，形成了强大的数据传输网络。

这种网络化数据处理方式，相较之前一对一的数据传输处理方式，是巨大的变革，因为它不仅提高了数据传输的处理效率，也大大减少了全机电缆的长度，从而实现了有效的减重。比如说，飞行速度、高度这些数据，以前要由大气数据计算机分别建立通路，传输给显示系统、发动机、环境控制等系统；现在，只需“把工作都交给网络”。

这些优点，要归功于C919使用的目前最先进的ARINC664网络集成技术。简单来说，ARINC664网络是一种航空总线通信协议。相比于之前被广泛应用但带宽有限的老版本网络，ARINC664最大的好处就是带宽高且资源共享，这意味着，原来需要通过若干根线缆传输的信号，现在可以由一根线缆传输。这就好比我们从A地到B地，需要开行10列火车，但并不需要修筑10条铁路，只需要一组双轨铁路，再配上可靠的信号系统便可完成，而且这样做，显然比修10条铁路更节约资源。

系统更先进了，带来的技术难点也不少。以ARINC664总线为数据主干道的航电核心处理系统，是应用在飞机航电系统中的先进信息处理系统。目前，国际上只有B787、A380等较新机型采用这种技术。由于ARINC664网络的高度共享性和逻辑复杂性，提高了设计难度，也给中国商飞提出了很高的设计集成能力要求。

如今，大型客机对数据传输的需求，以及未来在客机上搭载娱乐系统等商业化的需求正不断增多，而C919直接攻关新版本航空数据交换网络的策略，已经让它在数字化和扩展潜力方面，达到了目前民航国际先进机型的水平。

（作者:王思磊 单位：中国商飞上海飞机设计研究院）