[科普中国]-飞机制造

飞机结构简介

飞行的主要组成部分及功用 到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成：

1，机翼——机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。

2， 机身——机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。

3，尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和偏转，保证飞机能平稳飞行。

4，起落装置——飞机的起落架大都由减震支柱和机轮组成，作用是起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。

5，动力装置——动力装置主要用来产生拉力和推力，使飞机前进。其次还可为飞机上的其他用电设备提供电源等。现在飞机动力装置应用较广泛的有：航空活塞式发动机加螺旋桨推进器、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机。除了发动机本身，动力装置还包括一系列保证发动机正常工作的系统。 飞机上除了这五个主要部分外，根据飞机操作和执行任务的需要，还装有各种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备。

制造过程飞机机体制造要经过工艺准备、工艺装备的制造、毛坯的制备、零件的加工、装配和检测诸过程。飞机制造中采用不同于一般机械制造的协调技术(如模线样板工作法)和大量的工艺装备(如各种工夹具、模胎和型架等)，以保证所制造的飞机具有准确的外形。工艺准备工作包括制造中的协调方法和协调路线的确定，工艺装备的设计等。

原材料飞机机体的主要材料是铝合金、钛合金、镁合金等，多以板材、型材和管材的形式由冶金工厂提供。飞机上还有大量锻件和铸件，如机身加强框，机翼翼梁和加强肋多用高强度铝合金和合金钢锻造毛坯，这些大型锻件要在300～700兆牛（3～7万吨力）的巨型水压机上锻压成形。零件加工主要有钣金零件成形、机械加工和非金属材料加工。金属零件在加工中和加工后一般还要热处理和表面处理。

装配中各部件外形要靠型架保证，对接好的全机各部件相对位置，特别是影响飞机气动特性的参数（如机翼安装角、后掠角、上反角等）和飞机的对称性，要通过水平测量来检测。在各部件上都有一些打上标记的特征点，在整架飞机对接好后，用水平仪测出它们的相对位置，经过换算即可得到实际参数值。总装工作还包括发动机、起落架的安装调整，各系统电缆、导管的敷设，天线和附件的安装，各系统的功能试验等。总装完成后，飞机即可推出外场试飞。通过试飞调整，当飞机各项技术性能指标达到设计要求时即可交付使用。

焊接工艺焊接工艺是飞机制造中常用的连接工艺。熔焊用于起落架、发动机架等钢制件的连接。接触点焊和滚焊用于不锈钢和铝合金钣金件的连接。金属胶接用于制造蜂窝结构。胶接制件表面光滑，疲劳特性好，但对于胶接面的准备、加温、加压控制都有严格要求。现代飞机制造中还广泛采用电子束焊、钛合金扩散连接、胶铆、胶接、螺接、胶接点焊等多种连接工艺。

飞机制造的机械化和自动化程度比较低，特别是飞机部件装配和总装工作，手工劳动是主要工作方式。加之飞机制造中要使用大量的成形模胎、模具、装配型架和供协调用的标准工艺装备（样板、标准样件等），使得生产准备工作十分繁重，飞机生产的周期比较长。应用计算机辅助设计和制造技术可以提高飞机生产的自动化程度，大量压缩生产准备工作量和缩短飞机生产的周期。

零件加工飞机生产的批量小，生产中还要经常修改，所以飞机钣金零件(蒙皮、翼肋、框等)的制造力求用简单的模具。广泛应用橡皮成形、蒙皮拉形、拉弯等钣金成形技术，尽量采用塑料制造成形模具。随着现代飞机尺寸增大，蒙皮厚度增加，以及成形性能较差的钛合金、铍合金、不锈钢板材的应用，对钣金成形技术提出更高的要求。不断使用各种大尺寸、大功率的型材拉弯机、蒙皮拉型机、强力旋压机和压力超过100兆帕(约1000公斤力/厘米^2)的橡皮成形压床。同时一些新的加工方法，如超塑性成形、加热成形、真空蠕变成形、半模或无模成形技术也不断涌现。

现代飞机上广泛应用的大型整体结构件，如机翼整体壁板、翼梁、加强框等，它们形状复杂、切削加工量大、自身刚度差，需要在工作台面很大（有的长达数十米）的、带有多个高速铣削头的现代数控铣床上加工。整体壁板的加工还需带真空吸盘的大面积工作台（见整体壁板制造）。加工立体形状复杂的大型框架，如座舱风挡骨架、舱门、窗框等，还需要采用多坐标联动的数控铣床或立体靠模铣床（见数控加工）。此外，为加工切削性能不好的材料和形状复杂的零件，还广泛采用电加工、化学铣切等特种加工工艺。

复合材料在飞机结构上的应用日益增多，现已成功地用于制造舱门、舵面、垂直尾翼和直升机的旋翼。复合材料构件由高强度纤维与树脂复合，在模具中加温、加压制成。所用设备是自动铺带机、预浸带和预浸布成形机等。复合材料构件制造的关键问题是要控制构件的变形，要求细致研究铺层工艺、模压技术，并在加工中精确地控制温度和压力变化。

机体装配飞机的装配是按构造特点分段进行的，首先将零件在型架中装配成翼梁、框、肋和壁板等构件，再将构件组合成部段（如机翼中段、前缘，机身前段、中段和尾段等）。最后完成一架飞机的对接。

飞机制造中装配工作量占直接制造（即不包括生产准备、工艺装备制造）工作量的50%～70%，现代飞机的零件连接方法以铆钉连接为主，在重要接头处还应用螺栓连接。这种连接方法简便可靠，但是钻孔、铆接多是手工操作，工作量很大。应用自动压铆机可以提高铆接生产率，改进铆接质量，同时也可改善装配工人的劳动条件。为了增加使用成组压铆的比例，要在构造上将飞机各部件分解成许多壁板件。

装配中各部件外形要靠型架保证，对接好的全机各部件相对位置，特别是影响飞机气动特性的参数（如机翼安装角、后掠角、上反角等）和飞机的对称性，要通过水平测量来检测。在各部件上都有一些打上标记的特征点，在整架飞机对接好后，用水平仪测出它们的相对位置，经过换算即可得到实际参数值。总装工作还包括发动机、起落架的安装调整，各系统电缆、导管的敷设，天线和附件的安装，各系统的功能试验等。总装完成后，飞机即可推出外场试飞。通过试飞调整，当飞机各项技术性能指标达到设计要求时即可交付使用。1

行业现状我国飞机制造能力虽然与世界先进水平还存在一定的差距，特别是飞机制造的关键技术有待突破，设计人才有断层，风险较大，资金短缺等严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。但经过半个世纪的发展，通过不懈地进行基础研究、应用研究和产品研发，已全面拉动飞机制造科技的发展。2

因此，我国飞机制造及修理企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，开展技术前瞻研究，与国外企业建立优良的合作体系，完善配套措施，提高整体效益和竞争力，只有这样才能在新形势下立于不败之地。

我国十一五期间将适时启动大型飞机研制项目。一方面是国家对民机发展的支持，另一方面是国家对军机研发新型号的要求，我国航空工业面临重大的发展机遇，处于历史转折点。

2007年沪深两市共有5家飞机制造与维修类上市公司。主要从事的是轻型、小型飞机和教练机、直升机的制造。航空零部件企业更是主要以承接转包业务为主。自主发展大型、高附加值飞机以及诸如航空发动机等关键零部件的能力还极其薄弱，但随着中国航天航空业的发展，飞机制造业未来走势看好。

据了解，C919大型客机和ARJ21新支线飞机项目承担主体——中国商用飞机有限责任公司正在加紧项目攻关，力争实现C919早日首飞，ARJ21在2014年取证交付。

规划明确提出，要按照“支线飞机—单通道干线飞机—双通道大型干线飞机”的发展路线，加快民用客机产业化进程。计划到2020年，国产干线飞机国内新增市场占有率达到5%以上，支线飞机国内市场占有率大幅度提高。其中，C919大型客机完成研制、生产和交付，ARJ21涡扇支线飞机实现产业化。

中国产业洞察网《2013-2017年中国飞机制造产业市场专题调研及投资方向分析报告》3指出尽管国产飞机制造项目已取得一定进展，但国产飞机制造面临的竞争日益激烈。“干线飞机的竞争对手是波音、空客，支线飞机的竞争对手主要是庞巴迪、巴西航空工业，此外，俄罗斯、日本也是潜在的竞争对手。”他称，国产飞机项目要力争实现“研制成功、市场成功和商业成功”三大目标，立足国内市场，并逐步走向国际市场。