制造大飞机究竟难在哪？

关于C919，其实两个问题特别值得关注，就第一是中国为什么要造，第二是为什么要花如此长的时间？

中国有着完整的非常健康的航空产业体系，自建国初期我们就完成了整个产业的布局。我们拥有从试验教育到制造，到我们拥有从教育到科研到制造到测试的所有基础设施，有数10万人为产业孜孜不倦的工作。

所以中国如果能够发展自己的大飞机，就有可能让我们的整个产业在民用领域迈出巨大的一步，带动整个中国的航空产业向世界制造业的上游发展，同时也将使中国的航空运输业能够有国产的大飞机可供使用。特别在考虑到中国航空运输市场是世界上目前最具潜力、增速最快的大市场的这样一个前提下，那么中国的大飞机就成为一个战略性的行动，中国必须要有自己的大飞机，才能够支撑中国国民经济的安全和发展。

那么说到大飞机的艰难，其实这个问题应该这样理解，一架大飞机想要飞起来并不难，真正难的是要造一款能够在商业运输市场上获得成功的大飞机。其实很多国家都可以制造一个体量比较大的飞机，比如说原苏联制造的图104，英国制造的彗星，以及美国的波音707和道格拉斯的DC8这样的飞机。

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但是经历了角逐之后，像彗星和图布列夫104都被淘汰出局。这就切实的说明一架大飞机飞起来并不难，但要飞向成功却很难，那么难在哪？主要对于现代商用飞机有着几个非常关键的指标，就是安全性、可靠性、经济性以及维护保障的便捷性，这是4个基本要求。而从这4个基本要求向外，还有很多非常复杂和细致的要求。

一架大飞机如果想获得成功，必须要足够的安全可靠，它具有符合现在要求的故障率和合理的经济水平。换句话说，在飞行的使用过程中，这架飞机要在一定的航程上消耗的燃油尽可能少，才能获得成功，这只是我们看到的表象。

实际上对于飞机的每一个系统，每一个部件都有着自己的技术要求，只有满足这些要求才可以获得准入市场的资质，获得走向市场的条件，进而在市场上跟众多的竞争对手同台竞技，能够表现出合理的竞争优势，才有可能走向成功。

一架大飞机要在安全性、可靠性、可维护性、经济性上走向成功，体现在技术上的高难度。我们说飞机上有成千上万个零件，数百个系统，那么也就是说要把燃油系统、液压系统、飞行控制系统、电子系统，包括很多机械系统，以及客舱的增压空气调节系统等等全部安装在一个飞机的机体内，同时还要保证各个系统之间协调一致，不出任何纰漏。

要让这架飞机能够完成30年内3万个架次以上的飞行，保证没有严重的故障，才能算的是安全过关。

这样的飞机对于技术难度的要求就可想而知了，主要的结构必须能够长时间，不会因为疲劳而出现故障，主要的电气系统不能出现比较高的故障率，重要的安全系统在出现故障的时候，必须有备份系统能够迅速补位。这些要求都决定了研制一架大型的民用客机是一项巨复杂的工程，很多国家都是有这样的决心，但是缺少这样的能力。

目前放眼世界能够制造大型商用飞机的国家也是寥寥无几。

附录：大飞机的发动机为何难造？

我们下面着重讲一下航空发动机的问题。航空发动机被誉为是航空工业王冠上最璀璨的宝石，这是一个非常形象的说法，直观表现了航空发动机的技术难度。

两大原因决定了这一系统的技术难度，第一就是传统认为的三高，就是航空发动机具有三个特别严苛的指标，高转速、高温和高压，航空发动机的旋转部件需要在几十个大气压的高压下，以每分钟上万转的速度高速运转，同时它的运转温度超过了金属的熔点，所以对于材料的可靠性，对于材料本身的质地都提出了非常严苛的要求。

人类对于航空发动机高温部件的研究，从传统的镍基合金到后来的这个定向结晶合金，再到后来的单晶叶片走了漫长的几十年，到今天为止，我们正在迈向非金属时代的探索。从道路来说，它的技术难度是越来越高的。

今天世界上只有少数的发达国家才可以制造航空发动机的关键部件，这也决定了航空发动机在材料的要求本身上就非常难。我们这只是说到材料一项，实际上航空发动机的难度还取决于很多其他技术。

往往在飞机加减速的过程中，随着飞行员推动油门，航空发动机的转速会从每分钟6000转迅速飙升到12,000转，甚至更高，这就导致航空发动机的工作情况往往是发生骤然的快速变化，而一架飞机要服役几十年，这种快速而突然的变化可能会持续很多次，这也就要求发动机必须能够承受这样的突变而保持稳定，这都是航空发动机制造的难点。

同时我们也知道空气平时是看不见摸不着的，那么航空发动机是以空气作为工具来工作，如何掌握空气在整个发动机内动力分布和热分布的规律，除了依靠大量的理论计算，还需要依靠大量的真实实验，这些实验本身都会耗费大量的时间和金钱，所以这些都决定了航空发动机的研制是一项高投入、高风险，同时旷日持久的艰难的技术战役。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：王亚男

审核：戴玉婷（北京航空航天大学飞机系 教授）

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司