与普通飞机相比,大飞机的技术难度体现在哪里?

近日,媒体报道,中国正式引进乌克兰最后的宝贝世界上最大运输机安225大飞机的全套技术和生产设备。报道称安225作为世界上起飞重量最大的飞机,能够将中国的运输机技术推进20年。要知道安225还是苏联时期的产物,中国人创造的工业奇迹不少,何以大飞机技术落后这么多?前一阵子C919成功起飞,但是这个已经研制了十几年,而且据说上面一些关键部件还不是国产的。而邻国日本,情况类似,大飞机项目上马十几年也没出成果。中日的战机技术都不算差,为什么造大飞机就是这么难,是因为大飞机有什么特殊的技术要求吗?

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与普通飞机相比,大飞机的技术难度体现在哪里?
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不说别的,就说简单的减重就涉及材料和结构设计两个复杂的工程,看看下面这篇讲轻量化的文章,我只能说罗马不是一天建成的。

美国F-35B战斗机研制过程中,减重成为重要的技术难题,技术人员不断地优化结构和材料,其难度就如同向材料和结构科学的绝世武功进发,其代价是无数次的拖延和预算不断超支。

在工程技术领域,轻量化的工作主要是两个方向:新材料的应用和结构的优化。第一点依靠材料学的进步,这是内功,需要经年累月才能练就晋级;第二点依靠计算机模拟技术的发展,这算是取巧的方法,但对物理仿真和试验科学要求极高。在这两个方面美国都具有很大的优势,所以也就不难理解为什么是美国车可以做到了。我不懂汽车,但对航空有些了解,想来汽车与航空应有共通之处,权且拿来做个类比吧。我觉得比汽车更为强调轻量化的,也正是美国人擅长的航空航天领域,我不妨也才航空领域来解读一下结构优化和计算机仿真技术带来的科技成果。

空客A350XWB客机上用钛合金制造的行李舱安装架

飞机和汽车都是交通工具,无非一个天上飞,一个地下跑。要运动,就都得需要能量,我们知道著名的动能公式,燃烧燃料产生的能量,与物体的质量和速度平方的乘积成正比。说得通俗些,如果飞机或汽车能把体重减下来,那么在消耗能量不变的前提下,能够达到的速度会更高,或者说在达到速度不变的情况下,消耗的燃料会更少。如果你去看看波音和空客两大巨头为了减轻新型客机的结构重量,在新型轻质合金和复合材料上费了多少心机,你就会明白每一克重量的减轻对于一架在长达20年的运营周期中所代表的经济效益了,这其中还不考虑欧盟为航班碳排放所征收的费用。减重当然不仅仅是为了省油环保,对于那些时刻准备与敌人搏杀蓝天的战斗机而言,敏捷性和加速性是它们最为关键的技术性能,如果它们的重量能够减轻,意味着同样的气动操纵作用力所产生的姿态变率会等比例增加。在经典空战时代,你的转弯半径比敌机小一点可能就意味把对手套进瞄准光环。正因如此,在军用作战飞机研制过程中,设计师们最为纠结的往往是减重,减重几乎能够解决一切问题。如果发动机动力无法继续提升,如果飞机载荷不足,如果飞机航程不够,如果飞机操纵响应迟缓,那就想办法瘦身减重吧。这一点对于汽车也同样适用,没有什么物体能逃脱F=ma的物理铁律。

复合材料制造的客机翼身连接部位蒙皮

复合材料蜂窝结构也能很大程度上减轻飞机的结构重量

想来汽车也和现代飞机一样,减重无非是两种途径,改进结构和采用新型材料。改进结构并非是在结构蓝图上随意动刀剔骨剜肉,必须在保证结构强度和刚度不变甚至提升的基础上完成。现代飞机的结构减重,全部在计算机仿真模拟的基础上,再结合实际的应力测试进行。感谢现代计算机材料仿真分析技术,我们可以在计算机上测试各种形状、材质结构的强度和刚度,从而选择最优的结构方式。计算机仿真软件可以帮助设计人员把有限的材料分配到最需要的地方,确定飞机的理想结构方式。而使用新材料,则更加具有技术含量。钛合金是今天高性能飞机上广泛采用的先进材料,它一个主要优点就是重量轻,强度高,钛合金的密度一般仅为合金钢的60%左右,但其强度远超许多合金钢,比强度(强度/密度)远大于其他金属材料。因此在飞机发动机构件、框架、蒙皮、紧固件及起落架等部位都有使用。复合材料更是一个突出的例子,复合材料就是纤维纺织材料与和合成树脂一层层粘合成型的结果,其原理和中国唐代便盛行的夹纻工艺有异曲同工之妙。这种材料最大的好处便是重量轻,比轻质合金还轻,而且随着现代化工纤维纺织工艺和合成树脂技术的进步,复合材料已经开始从非关键结构向关键结构挺进。空中客车公司A350XWB上复合材料的用量已经达到53%,这是相当惊人的数字。美国第三代主力战斗机F-15钛合金用量占飞机全重的27%,复合材料占2%;而到了第四代战机F-22,这里比例分别达到了41%和25%。如果你知道钛合金部件加工制造难度之大,你就会理解人类对于航空器减重举措的执着。

强化纤维复合材料层叠固化后,就能成为轻质坚固的航空部件,许多飞机部件就是用这种布料加上胶水糊出来的。

今天航空厂商在为了每一克减重而努力,减重就意味着节能,就意味着低成本,同时也意味着严峻的技术挑战

现代汽车也一样面临减重迷题。设计人员通过计算机模拟仿真测试筛选出的新型车身结构,不仅减轻了重量,还能提高车身强度和刚度。强度提高保证了车辆在紧急状况下的防撞安全性,而刚度提高则意味着车身在不同的姿态下自身变形量显著降低,从而能够让悬挂部件更加精确地动作。如果一辆汽车能减重300磅,这就好比坐在你副驾上的一个大胖子突然跳下,这和当年的飞机差不多,当轰炸机突然把重型炸弹投下时,机组人员会感到飞机猛地向上一窜。如果您属于钱袋敏感型,那么汽车减重带来的油耗红利会让您感到减重与省钱之间的微妙关联。

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大飞机的技术难点很多,借昨天(2017年12月17日)C919第二架首飞成功,说一说大型客机试飞的技术难点。

我们知道,试验试飞既是对飞机设计、制造的技术验证,这些验证本身也需要相应的技术手段来开展和实现。其中,前者涉及到的是构型到位,后者牵扯的是验证技术本身的发展。

首先,构型到位是试验试飞的先决条件,包括试验飞机的构型和测试改装构型。前者又分为硬件构型和软件构型。试飞中经常需要对飞机的硬件进行更改,这些更改往往实施部位不同、机上贯彻时间长短不一,对飞行产生复杂和交联的影响。

其中,软件构型到位更是一大难点。试飞需要尽早冻结软件构型,但刹车控制系统、自动飞行控制系统等却需要在试飞中不断获得数据、调整参数后才能逐步冻结设计软件。试飞中一些特定的科目需要对试验飞机机进行测试改装,如在测试部位加装传感器等。如何保证测试改装的系统与试飞大纲的符合性以及测试传感器校准的有效性,则是试飞测试改装构型需要解决的关键问题。

至于试飞试验手段、方法、工具、技术,则是大飞机研制必须掌握的核心技术;安全、高效地验证一款飞机,也是一个国家重要的航空发展能力。当今世界,确保一架客机所必须达到的适航标准,是公开透明、可以共享的;但如何去实现和验证这些标准,却是需要举国家之力和航空大家庭之力,系统、反复、持续探索和实践才能完成的重大课题。

通过ARJ21新支线客机,我国先后攻克了鸟撞试验、全机高能电磁场辐射试验、闪电防护间接效应试验等重大试验技术难关,掌握了失速、最小离地速度、颤振、自然结冰、起落架摆振等关键试飞技术。但如何去验证C919设计、制造中突破和采用的控制律、复合材料等一大批新技术、新材料、新工艺,是全新的重大技术课题。

以C919为例,其计划制造6架试飞飞机,第1 - 3架飞机主要承担性能、结构、操纵性等方面试飞;第4架飞机主要进行航空电子设备、照明等方面试飞;第5架飞机主要进行舱内环境控制、客舱系统、高温高寒等试飞科目;第6架飞机主要承担客舱系统、功能可靠性等试飞科目。其中三架飞机将以陕西阎良为基地开展试飞,另外3架飞机将以山东东营为基地进行试飞。根据需要C919也将会到其他机场进行特定科目试飞。如ARJ21新支线客机就先后飞抵过包括海拉尔、格尔木、嘉峪关、南通、长沙、三亚等国内机场试飞,还曾远赴北美进行自然结冰试飞。

以上。

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大飞机不是简单的把小飞机放大就行了,飞机造大了,就要改变材料的性质,就要获得新的数据,而这些材料性质与数据不是凭空得来的,要通过大量的试验来获得,总之要把这么大的机械玩意送上天,还要安全返回,就像盲人过河,摸索一步前进一步,搞不好跌倒了就要喝凉水了

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第一是发动机,强劲有力高可靠性。第二机翼的材质必须抗疲劳且提供升力。第三航电及操控系统。飞机的制造是庞大的系统工程,体现在新材料应用上,更是国家实力的象征!祝愿祖国繁荣富强!

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第一、大飞机,因为比较大,重量大尺寸大,所以需要发动机功率大、质量好、耗油低(航程才能远)。不过我们对于飞机发动机一向比较弱。发动机是主要研制的难题。
第二、整个飞机的尺寸大,飞行气动布局不好设计。目前我国还没有真正设计过一种大飞机,生产的最大的就是轰6。而轰6是轰炸机,携带的武器是固定的。大飞机要可以自由组合式携带人员、武器、物资。飞机的重心是不固定的,而大飞机又不能用战斗机那样放宽静稳定来控制,要不飞行员得哭了。

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