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南京航空航天大学助力国产大飞机C919首飞

 2017-05-04 来源:民航资源网 作者:王伟 寇晓洁 王超  [投稿排行榜]
2017-05-04 18:30:21

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南京航空航天大学助力国产大飞机C919首飞

  图:南航联合工程队合影

  民航资源网2017年5月4日消息:5月5日,我国自行研制的新一代大型喷气式干线客机C919即将首飞,这架具有重要意义的“中国制造”大飞机背后,离不开南京航空航天大学科研人员与校友的技术支撑。

  从ARJ21(我国首款喷气支线客机)到C919,南航共承担140余项国产大飞机项目,经费过亿元。南航参与了重要技术方案论证,承担了多项关键技术攻关,并为大飞机研制单位——中国商用飞机有限责任公司(以下简称“中国商飞”)输送了上千名毕业生,培养出了C919总设计师吴光辉、总工程师姜丽萍等一大批核心骨干人员。

  遴选骨干参与联合工程队 曾提出大飞机“南航版”方案

  2008年5月11日,中国商用飞机有限责任公司在上海挂牌成立,这标志着圆中国人大飞机梦想的大飞机之路正式起步。

  按照国务院确定的“举全国之力,聚全国之智”的原则,为了配合中国商飞做好大型客机初步技术经济可行性论证工作,在中国商飞的邀请下,南航遴选29名骨干教师直接参与中国商飞大型客机联合工程队,其中,18名教师半年时间在上海参加方案论证工作,是全国为数不多的参与高校中人员最多的。

  据南航联合工程队领队、南航校长助理熊克教授介绍,南航联合工程队参与了大飞机项目的总体、气动、强度、材料、航电、飞控、动力、环控、防冰、四性、适航等内容的论证工作。前往中国商飞的18名教师放下了手中的教学和相关科研任务,全身心的投入到了大型客机的论证工作,为大型客机初步总体技术方案的顺利完成,提供了有力的支持与保证。

  图:飞机结冰技术研究

  图:三维增升装置优化设计

  值得一提的是,联合工程队返校后,学校组织联合工程队成员和校内相关专业教师,提出了一个C919总体设计的“南航版”方案——大型客机JET-G(桨扇发动机),并从总体、气动、结构、强度等方面对桨扇发动机的经济性、安全性、可靠性、舒适性等方面进行了较为系统的论证,完成了全机可行性论证报告,虽然最终未被选中,但为主方案的形成与完善提供了对比信息。

  承担国产大飞机研制项目140余项 经费过亿

  联合工程队中的很多老师在论证工作结束,继续参与了国产大飞机的研制,研究成果为C919大型客机型号研制提供技术支撑。

  张召明教授所在的风洞实验室承接了C919型号研制的相关风洞试验,包括飞机增升装置(机翼上用来改善气流状况和增加升力的活动面)优化试验、飞机排液安全性试验、试飞应急离机安全试验等。

  朱春玲教授领衔研究团队,从2008年开始,为C919进行防冰系统的测算。其研究成果——用于飞机结冰机理及防/除冰技术研究的结冰风洞,弥补了国内高校在结冰试验基础研究方面的空白。

  杨善水教授负责的“C919大型客机供电系统架构论证和仿真”项目,联合学院其他老师,完成了大型客机电源配电系统的体系结构研究,为大型客机供电系统的设计提供支撑。

  张方教授曾参与到ARJ21的振动噪声、飞行测量和减震减噪等项目研究,并针对ARJ21试飞过程中出现的相关问题,进行振动方面的研究,为C919的论证工作打下相关专业基础。

  此外,南航相关专业的科研人员在飞机设计、空气动力、结构强度、材料制造、适航管理等领域,共承担140余个项目,经费过亿元。南航科研人员还参与了C919机翼设计、特别是增升装置设计,机翼型架外形设计,高巡航气动效率超临界机翼气动设计。同时,为了ARJ21全机高精度建模,建立的全机有限元动力学模型水平达到国际先进水平和美国行业标准。

  完成C919首个静力实验 承担起落架多项研究

  “数据与理论计算吻合、试验成功!”经过八个月多的时间,2011年3月15日,C919某部段静力试验在南航机械结构力学及控制国家重点实验室成功完成。

  飞机的静力试验是结构试验的内容之一,借以观察和研究飞行器结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度以及应力、变形分布情况,是验证飞行器结构强度和静力分析正确性的重要手段。由南航聂宏教授团队负责的该部段的静力试验,是C919大型客机七大部段中首个达到开试状态的静力试验项目。试验中遇到的问题及如何处理,都为后面静力试验工作积累了有益经验,试验成功与否直接关系到C919大型客机后续各项工作的进度,对于大型客机的研制成功具有重要意义。

  “此次试验的成功和南航科研团队多年来的科研积累密不可分,与实验室师生近8个月的努力工作密不可分!”南航校友、C919总设计师吴光辉当时表示。

  图:.C919总设计师吴光辉在南航静力试验现场

  图:C919总设计师吴光辉与南航静力试验师生合影

  除了该静力试验外,由南航校长聂宏教授率领的团队还承担了C919起落架方面的研究,主要集中在三个方面,一是针对缓冲系统,进行了高性能缓冲器的设计与分析;二是针对C919超临界机翼带来的主起落架收放空间变小的问题,进行了起落架收放机构设计与分析,基于工程样机和收放试验,对功能性能、可靠性进行了试验研究。第三,针对C919提出的大转弯操纵角和操纵力矩的设计要求,设计了起落架的转弯操纵系统。

  提升C919装备技术 保证七部段一次行对接成功

  飞机装配技术是飞机制造过程中最重要的技术之一,据统计,飞机制造过程中50%~70%的时间和成本都用在了飞机装配上,数字化、自动化、柔性化是当前国外飞机制造水平的一个重要标志。2009年,南航与中国商飞上海飞机制造厂联合建立“民用飞机先进装配技术中心”,旨在加强国产大飞机制造技术的研究、提升我国民机制造业核心技术水平和自主创新能力。

  在大客关键技术攻关、民机专项、创新基金等项目的支持下,中心开展了多项民用飞机的装配技术研究,主要包括数字化飞机装配工艺、飞机装配连接质量控制、自动钻铆技术、大部件自动对接、柔线工装等方面。

  图:大部件自动对接装配系统实际应用场景

  “因为疲劳寿命等原因,民用飞机对装配质量要求更高。”陈文亮教授介绍。南航科研人员自主研发了集数字化测量、控制及检测于一体的飞机大部件自动对接装配系统,研究成果已在ARJ21中得到应用,成功实现了ARJ21 06架的对接装配。从该架飞机开始,已经生产的所有ARJ21飞机都应用了该项技术。“之前的飞机部段对接较多使用人工对接,该项技术在ARJ21上的应用,为C919做了技术积累。”黄翔教授介绍道。此外,他们团队开发的数字化测量和检测技术,保证来自不同公司研制的C919七大部段能够一次性对接成功。

  图:大部件自动对接装配软件系统

  应中国商飞的技术需求,提高装配效率,中心科研人员还联合北航研发了双框架八腿自主移动式轻型自动制孔系统,也称爬行机器人。该系统是个复杂的机电一体化系统,涉及机械、电子、通讯、控制等多个学科和技术领域,该成果也弥补了过国内空白。

  图:飞机自主移动式自动化制孔系统--爬行机器人

  基于MBD的数字化工艺技术研究成果,为C919的数字化装配工艺编制提供了坚实的技术保证。进行飞机复合材料翼盒装配技术研究,将复合材料和装配技术进行结合起来研究。自主研制的钎焊金刚石套料钻填补了国内空白,大大提高复合材料制孔的质量和效率。

  为C919可靠性提供技术支持 做大飞机的“安全卫士”

  关于安全性,民机研制领域有一句话:研制什么飞机听市场的,如何研制 却要听适航的。在这方面,C919的设计严格按照CCAR25-R4标准,比空客A320当时取证时采用的标准又发展了20年,这也意味着C919适航取证的难度更具挑战。

  孙有朝教授团队承担了二十余项与C919安全性适航相关的项目,涵盖了可靠性与维修性工程、安全性设计与验证、适航验证与审定、持续适航及管理等领域的科研工作,贯穿大飞机设计、制造、运营、维修的全寿命周期。团队开发了大型客机可靠性安全性基础数据库,搭建了大型客机虚拟维修性设计与验证系统、构建了飞机驾驶舱人机工效仿真验证平台,团队研究成果为C919大型客机可靠性安全性设计与适航验证工作提供了重要的技术支持。用孙有朝教授自己的话来说,适航技术“综合性强、专业面广,直接为飞机安全性设计与适航取证服务”。

  图:孙有朝教授团队

  孙有朝教授团队还主动邀请飞行专家、适航专家、维修专家、设计专家加入课题组,根据项目进展,阶段性进行技术研讨和联合攻关,确保项目成果的可用性和可操作性。此外,据孙教授介绍,为对接民航产业对适航人才的需求,南航从2010年设立航空器适航技术专业(后改名“飞行器适航技术专业”),并采用高考直接招生、理工类新生选拔、相关专业优秀学生补充选拔三种方式,组建本硕连读的适航培优班,每届约30名学生,持续为民用飞机研发与运用培养适航技术与管理优秀人才。

  “适航,说到底就是为了确保公众安全,将来乘客可以放心乘坐C919,因为我们是它的‘安全卫士’。”孙有朝教授对大飞机充满信心。

  C919总师为南航校友 为大飞机输送千余名毕业生

  中国大飞机项目凝结着一代航空人的梦想,而南航立足于“航空报国”的使命,为国家输送了大批优秀的航空人才。

  据统计,南航有1100余名校友在中国商飞公司任职,占公司总人数的十分之一,其中,200余人担任了商飞公司及下属各个中心管理及技术的领导或技术骨干,服务于公司的发展建设和型号研制,涌现了中国商飞副总经理史坚忠,副总经理、C919总设计师吴光辉、中国商飞上飞公司总工程师姜丽萍等杰出代表。

  图:黄翔教授(右一)向中国商飞总经理贺东风、C919总师吴光辉、总工程师姜丽萍介绍相关技术

  吴光辉是南航1978级飞机设计专业校友,1982年从南航毕业后,吴光辉被分到了航空工业部603所担任技术员。起初这位年轻技术员并未引起大家关注,但是踏实肯干、专业知识扎实的他逐渐成为了设计小组的核心人员,慢慢挑起了飞机设计的大梁。2005年, 事业有成的吴光辉勇挑重担, 从战斗机的设计中抽身出来,投身到ARJ21民用客机的设计中,设计ARJ21的过程也为之后设计大型客机C919积累了宝贵的经验。

  2008年5月, 中国商飞挂牌成立, 吴光辉调任新岗位, 担任起中国商飞副总经理和C919大型客机总设计师。提及母校,吴光辉满怀感激,“是南航给了我新机遇和新起点,我还支持儿子报考南航,到我的母校深造。”

  姜丽萍,南航84级飞机设计专业校友,现任中国商飞公司总装制造中心总工程师,上海飞机制造有限公司总工程师。作为中国飞机制造厂第一位女性总工程师,她坚守在民机研制第一线,见证了一项项技术突破,与所有航空人一同点燃中国大飞机梦。曾在接受媒体采访时,她笑称因“高考失利,误打误撞”考入了南航的飞机设计专业;如今,少女时代的梦想早已模糊不清,但要把中国的大飞机送上蓝天的梦想却随着时间的流逝越来越清晰,越来越强烈。

  南航校长聂宏教授告诉记者,近年来,南航平均每年输送百余名优秀毕业生前往中国商飞公司,还通过开设“大型飞机高级人才培训班”、联合招收博士后等形式,为中国商飞公司提供大型客机研制需要的高层次人才。双方还采用共同聘用和共同支持等方式,在全球范围引进顶尖科学家和工程技术专家;通过共同开展对外教育培训、联合培养等形式,提高人才培养质量和科技创新能力。

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(供稿:南京航空航天大学

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