2023年5月28日，我國國產(chǎn)大型客機(jī)C919執(zhí)飛上海至北京航線，圓滿完成首次商業(yè)飛行。長期以來，中國老百姓一直夢想著能夠乘坐國產(chǎn)的大型客機(jī)。現(xiàn)在，這一夢想終于實(shí)現(xiàn)了。
C919的商業(yè)首飛，意味著其完成了從產(chǎn)品到商品的轉(zhuǎn)變，將正式接受民航市場的嚴(yán)格檢驗(yàn)和考驗(yàn)，是中國民航工業(yè)也是中國航空工業(yè)發(fā)展歷程中的一件大事，將永遠(yuǎn)載入中國民航史乃至世界民航史史冊。
研制C919有多難
大飛機(jī)是一個國家科技水平、制造能力、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和綜合國力的集中體現(xiàn)。C919的研制風(fēng)險(xiǎn)大、任務(wù)重、周期長，面臨著一系列巨大困難和挑戰(zhàn)。
一是人才隊(duì)伍方面。C919的研發(fā)是一項(xiàng)極其復(fù)雜且涉及多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工程，直接參與設(shè)計(jì)、制造、客服、試飛等環(huán)節(jié)的人數(shù)將近上萬人。然而作為C919的研制單位，中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司（以下簡稱中國商飛）成立之初僅有3800余名員工。
長期以來，中國民機(jī)生產(chǎn)制造人才隊(duì)伍總體偏弱。在初成立的幾年里，中國商飛從北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等國內(nèi)老牌航空院校集中招聘了大量來自不同專業(yè)的應(yīng)屆大學(xué)生，但在核心技術(shù)研發(fā)方面卻面臨著設(shè)計(jì)人員年紀(jì)輕、經(jīng)驗(yàn)不足的困擾。有資料顯示，C919研發(fā)期間，中國商飛大多數(shù)設(shè)計(jì)人員年齡都不足30歲，缺乏將復(fù)雜系統(tǒng)整合到整機(jī)的經(jīng)驗(yàn)。其中，民機(jī)制造中的試飛員、試飛工程師等特殊人才匱乏現(xiàn)象尤為突出。
人才隊(duì)伍的培養(yǎng)是一個長期過程。近年來，我國加大了對航空業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)研究的投入。通過C919型號任務(wù)的洗禮，目前中國商飛的員工人數(shù)已達(dá)到近萬人，發(fā)展成為一支集設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造和營銷于一體的高素質(zhì)民機(jī)人才隊(duì)伍。
二是精細(xì)化管理方面。C919的研制不僅需要技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)，更需要開展管理創(chuàng)新。C919于2007年立項(xiàng)，中國商飛于次年正式成立。成立初期，中國商飛曾一度面臨人力資源管理的巨大挑戰(zhàn)。面對任務(wù)艱巨的C919項(xiàng)目，中國商飛除了在公司層面進(jìn)行總動員外，還從全國工業(yè)界和科研界調(diào)配了大量技術(shù)骨干，聚集了當(dāng)時全國航空領(lǐng)域的頂尖高手。大批高素質(zhì)專業(yè)人才集中攻關(guān)、精誠合作，有力保障了科研進(jìn)度。
C919投資巨大，研發(fā)進(jìn)度存在不確定性，因此，研發(fā)和生產(chǎn)成本管控至關(guān)重要。要想在未來民航市場上占有一席之地，單機(jī)成本控制十分關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)過程中必須“精打細(xì)算”，嚴(yán)格控制每一個環(huán)節(jié)，否則就會導(dǎo)致單機(jī)生產(chǎn)成本攀升，影響飛機(jī)未來的市場競爭力。
此外，作為中國民機(jī)事業(yè)的主力軍，中國商飛在型號研制中不斷探索，建立了適應(yīng)性與動態(tài)性相結(jié)合、項(xiàng)目與職能相平衡、管理要素完備到位的項(xiàng)目組織。根據(jù)產(chǎn)品分解邏輯，公司在C919項(xiàng)目上先后成立了600余個集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)，有效推進(jìn)了型號研制任務(wù)。
三是技術(shù)方面。C919的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，必須滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性等技術(shù)要求，僅設(shè)計(jì)過程就耗時7年之久。
C919的零部件數(shù)量高達(dá)數(shù)萬個，每個零部件的加工精度要求都很高。C919 機(jī)體尺寸大、外殼蒙皮厚度薄，裝配易變形。因此，在進(jìn)行大部件對接時，跨尺度測量精度和定位必須十分準(zhǔn)確。裝配中，需要在部件上制孔達(dá)百萬個，對于不同材料部件采取的制孔方案又不盡相同，裝配工藝難度很大。如果多個零件存在不同程度的精度誤差，那么數(shù)萬個零部件裝配出來的飛機(jī)，必定會出現(xiàn)質(zhì)量問題。為此，大型客機(jī)的制造通常要采用計(jì)算機(jī)控制加工、柔性裝配定位等大量精密制造技術(shù)。
大型客機(jī)的材料要求堅(jiān)固且重量輕，這是確保飛機(jī)安全性和經(jīng)濟(jì)性的必要條件。C919大量采用先進(jìn)的復(fù)合材料和鋁鋰合金等新型輕質(zhì)材料，但這些材料往往涉及更為復(fù)雜的工藝且價(jià)格高昂。
大型客機(jī)的測試也非常嚴(yán)苛。為確保C919的安全飛行，其測試囊括了眾多項(xiàng)目，具體包括全機(jī)靜力試驗(yàn)、關(guān)鍵部件疲勞試驗(yàn)、“三鳥”聯(lián)動系統(tǒng)測試試驗(yàn)、失速試驗(yàn)、高寒高原飛行試驗(yàn)、自然結(jié)冰試飛、擦尾試驗(yàn)以及鳥撞試驗(yàn)等。
四是適航方面。現(xiàn)代民機(jī)項(xiàng)目的研制，除了經(jīng)濟(jì)性和舒適性以外，最重要的還是安全性。民機(jī)的適航性就是飛機(jī)的安全水平，適航審定能力是決定民機(jī)成敗的關(guān)鍵因素。目前，歐洲航空安全局（EASA）與美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）頒發(fā)的適航證為大多數(shù)國家所認(rèn)可。C919商業(yè)運(yùn)營前最大的難關(guān)，就是要通過極為繁雜嚴(yán)苛的歐美適航標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。
目前，中國商飛已建立起符合要求的適航管理體系，并采用信息化手段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的適航取證過程管理，開發(fā)了包含適航規(guī)章數(shù)據(jù)庫管理模塊、型號合格適航取證任務(wù)定義模塊、適航當(dāng)局協(xié)同管理模塊和適航工作管理模塊等在內(nèi)的適航信息化管理系統(tǒng)�，F(xiàn)在，C919飛機(jī)型號已經(jīng)獲得了中國民航局頒發(fā)的型號合格證。
C919的技術(shù)路線
飛機(jī)制造是指按設(shè)計(jì)要求造出飛機(jī)的過程，通常僅包括飛機(jī)機(jī)體零構(gòu)件制造、部件裝配和整機(jī)總裝等，也就是大家理解中飛機(jī)骨架和外殼等機(jī)體結(jié)構(gòu)的制造和組裝。動力裝置、機(jī)載設(shè)備、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、儀表、附件等，則由專門廠商制造，一般不列入飛機(jī)制造范疇。盡管如此，上述系統(tǒng)、設(shè)備、附件在飛機(jī)上的安裝以及與各系統(tǒng)的連接、電纜和導(dǎo)管敷設(shè)、系統(tǒng)功能調(diào)試仍屬于飛機(jī)總裝的工作，是飛機(jī)制造的重要組成部分。
C919的技術(shù)路線有三大特點(diǎn)。
一是“主制造商+供應(yīng)商”模式。C919采用國際通用的“主制造商+供應(yīng)商”模式，作為國產(chǎn)大飛機(jī)的主制造商，中國商飛負(fù)責(zé)C919的設(shè)計(jì)研發(fā)、系統(tǒng)集成、總裝制造、適航取證、客戶服務(wù)和市場營銷等工作。機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備則由中國商飛在全球范圍內(nèi)選擇和管理供應(yīng)商，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)。其中，C919機(jī)體結(jié)構(gòu)由中國商飛設(shè)計(jì)，由國內(nèi)中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司（以下簡稱航空工業(yè)）所屬的幾大航企共同制造。
有數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)外共有近300家企業(yè)參與C919項(xiàng)目，供應(yīng)商既包括通用、霍尼韋爾等大牌海外航空企業(yè)，也包括大量本土公司。
“主制造商+供應(yīng)商”模式最大的優(yōu)勢在于能夠最大限度聚集和利用國內(nèi)外資源。中國自主設(shè)計(jì)、全球采購，一方面能利用國外成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一方面使國產(chǎn)企業(yè)穩(wěn)步跟進(jìn)，最終保證整體供應(yīng)鏈的安全穩(wěn)定。
二是機(jī)體結(jié)構(gòu)國內(nèi)制造。C919的機(jī)體結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)頭、前機(jī)身、中機(jī)身（含中央翼）、中后機(jī)身、后機(jī)身、外翼、垂尾、平尾、活動面等部段，由中國商飛自主設(shè)計(jì)，航空工業(yè)所屬的幾大航企、航天材料及工藝研究所、西子航空等單位共同制造，并由中國商飛負(fù)責(zé)總裝。
作為C919最大的機(jī)體結(jié)構(gòu)件供應(yīng)商，中航西飛承擔(dān)了C919中機(jī)身（含中央翼）、外翼盒段等工作包的研制與生產(chǎn)任務(wù)，在整個飛機(jī)結(jié)構(gòu)中占比超過35%；航空工業(yè)成飛作為C919機(jī)頭的唯一供應(yīng)商，負(fù)責(zé)機(jī)頭的研制與生產(chǎn)；上飛公司承擔(dān)C919平尾以及部分中機(jī)身（含中央翼）的批量生產(chǎn)任務(wù)，同時負(fù)責(zé)飛機(jī)的部裝和總裝；航空工業(yè)沈飛民機(jī)承擔(dān)了后機(jī)身的研發(fā)；起落架艙門來自航空工業(yè)哈飛；前機(jī)身、中后機(jī)身來自航空工業(yè)洪都。
飛機(jī)制造的主要流程包括工藝準(zhǔn)備、零件制造、部件裝配、總裝調(diào)試等。對于C919機(jī)體結(jié)構(gòu)而言，這些制造流程均由中航西飛、航空工業(yè)成飛、上飛公司、航空工業(yè)沈飛民機(jī)和航空工業(yè)洪都等參與C919制造的廠商獨(dú)立或協(xié)同完成。
三是合資模式、項(xiàng)目合作與自主研發(fā)。C919項(xiàng)目在系統(tǒng)和設(shè)備招標(biāo)時，鼓勵國內(nèi)外企業(yè)合作成立合資公司，并且優(yōu)先選擇合資公司的產(chǎn)品，其中一個重要考慮就是借機(jī)推動國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
目前，在許多核心領(lǐng)域，國產(chǎn)大飛機(jī)對國外的依賴程度仍然比較高，如飛機(jī)的動力系統(tǒng)、航電飛控系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、起落架等十幾個關(guān)鍵領(lǐng)域都有外企介入甚至主導(dǎo)。不過，在外企介入或主導(dǎo)的部件/系統(tǒng)供應(yīng)鏈中，中方企業(yè)也廣泛參與其中。這種參與最常見的一種形式就是控股以及和外企組建合資公司；另一種方式是中企和外企并行，獨(dú)立開展產(chǎn)品研發(fā)，預(yù)留B計(jì)劃作為備份，以備不測。
在C919各核心系統(tǒng)研制方面，近幾年，中國企業(yè)正在通過合資模式、項(xiàng)目合作和自主研發(fā)快速追趕，國產(chǎn)化比例顯著提高。
C919的科技創(chuàng)新
C919制造凝聚了當(dāng)代諸多頂尖的高新科技，涉及氣動、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料、電子、控制、發(fā)動機(jī)以及制造技術(shù)等工程領(lǐng)域，是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程。C919在設(shè)計(jì)、制造裝配與結(jié)構(gòu)選材、測試技術(shù)等方面開展了一系列科技創(chuàng)新。
在設(shè)計(jì)方面，和同類的A320neo和B737MAX相比，C919的客艙更加寬敞，加上先進(jìn)的環(huán)控、照明設(shè)計(jì)以及更大的觀察窗，可為旅客提供更好的舒適性；C919采用的電液動作系統(tǒng)使其在動力資源上具備更大的靈活性，增加了冗余性，提高了安全性；C919對機(jī)身外形進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了氣動阻力和油耗，增加了經(jīng)濟(jì)性；相比于A320neo和B737MAX的6塊玻璃，C919擋風(fēng)玻璃只有4塊，機(jī)頭氣動阻力更小，飛行員視野更加開闊。
在制造裝配方面，中國商飛總裝制造中心浦東基地相繼建成了全機(jī)對接裝配、水平尾翼裝配、中央翼裝配、中機(jī)身裝配和總裝移動5條先進(jìn)生產(chǎn)線，采用自動化制孔、鉆鉚設(shè)備、自動測量調(diào)姿對接系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的自動化裝配、集成化測試、信息化集成和精益化管理。此外，3D打印技術(shù)也在機(jī)艙裝飾、窗框等制造環(huán)節(jié)得到應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)選材方面，C919首次大規(guī)模應(yīng)用先進(jìn)材料，如第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料在機(jī)體結(jié)構(gòu)上的用量分別達(dá)到8.8%和12%，顯著減輕了飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量，提高了經(jīng)濟(jì)性。
在測試技術(shù)方面，自2017年首飛成功至2022年底，C919在適航認(rèn)證期間開展了大量試驗(yàn)測試及試飛科目，具體包括飛機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)、全機(jī)疲勞試驗(yàn)、系統(tǒng)功能試驗(yàn)、航電試驗(yàn)、電源系統(tǒng)試驗(yàn)、電氣系統(tǒng)通電試驗(yàn)、起落架收放試驗(yàn)、對飛機(jī)結(jié)構(gòu)氣密性檢查的氣密淋雨試驗(yàn)、考驗(yàn)客艙氣密性與增壓極限載荷驗(yàn)證試驗(yàn)、APU開車試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)、滑行試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)反推試驗(yàn)、失速試飛、自然結(jié)冰試飛、擦尾試驗(yàn)、鳥撞試驗(yàn)、雷擊測試、全機(jī)應(yīng)急撤離演示試驗(yàn)、極端天氣測試、側(cè)風(fēng)試飛、濺水試飛、最大剎車能量審定試飛等。
在這些試驗(yàn)中，我國科技人員對一些試驗(yàn)測試經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏相關(guān)案例作參考，這就需要自力更生，勇于探索和創(chuàng)新。譬如，面對C919的飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)和電源系統(tǒng)測試，科研人員們大膽地將“鐵鳥”“電鳥”和“銅鳥”試驗(yàn)系統(tǒng)集成起來，“三鳥”聯(lián)動開展測試，最大限度地保障了C919的飛行安全。
C919的未來
一是深耕國內(nèi)民航市場，形成品牌效應(yīng)。作為一款全新的機(jī)型，C919在國內(nèi)航線商業(yè)運(yùn)營中，特別是在“磨合期”內(nèi)，難免會出現(xiàn)各種各樣的問題。要通過各種措施將出現(xiàn)問題的可能性降低，杜絕安全事故，保證安全飛行，形成中國民機(jī)的知名品牌。同時，做好國內(nèi)民航市場，為未來開拓國際市場積攢口碑。
要不斷提升飛機(jī)維護(hù)保障水平，飛機(jī)飛到哪個城市，維修維護(hù)系統(tǒng)就覆蓋到哪里；虛心學(xué)習(xí)和借鑒空客、波音機(jī)隊(duì)的維護(hù)保障經(jīng)驗(yàn)與規(guī)章制度，確保飛機(jī)的安全性。要做好人員培訓(xùn)，不管是飛行員、機(jī)組人員、地勤人員、維護(hù)保障人員、管理人員還是技術(shù)支持人員，培訓(xùn)工作都要跟上。業(yè)務(wù)上要嚴(yán)格要求，思想上要作風(fēng)硬朗，持證上崗、寧缺毋濫，要杜絕人為因素導(dǎo)致的航空事故。在商業(yè)運(yùn)營中仍需不斷對機(jī)型進(jìn)行完善，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、糾正問題，進(jìn)而充分發(fā)揮飛機(jī)的優(yōu)越性能。
二是國產(chǎn)化替代工作刻不容緩。從構(gòu)成來看，C919主要由機(jī)體、發(fā)動機(jī)以及飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、燃油與液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、高升力系統(tǒng)等機(jī)載系統(tǒng)組成。機(jī)體結(jié)構(gòu)，即機(jī)身、機(jī)翼和尾翼等部件占整機(jī)價(jià)值量的40%左右，其制造由航空工業(yè)下屬的航企承擔(dān)�？梢哉f，C919的機(jī)體結(jié)構(gòu)基本實(shí)現(xiàn)了全國產(chǎn)化。
但機(jī)載系統(tǒng)方面，國產(chǎn)大飛機(jī)對國外的依賴程度仍比較高，比如飛機(jī)的動力系統(tǒng)、航電飛控系統(tǒng)等十幾個關(guān)鍵系統(tǒng)都有外企介入甚至主導(dǎo)，盡管中國企業(yè)通過合資模式和項(xiàng)目合作方式也參與到了其中。在動力方面，目前C919唯一的配套發(fā)動機(jī)為美法合資CFM國際公司生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)，國產(chǎn)配套發(fā)動機(jī)尚在研制中。因此，C919發(fā)動機(jī)和核心機(jī)載系統(tǒng)的國產(chǎn)化工作已刻不容緩，勢在必行�！�
（作者系同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院教授）