商用大飞机的核心技术

　　自主研制大型飞机是推进我国科学技术和工业达到世界先进水平的强大“引擎”(胡晓峰,2007)。航空科学技术作为高科技的前沿领域,其大量的科技成果又源源不断地向国民经济其他科学技术和产业输送、推广,从而带动整个国家科技水平的不断跃升。航空科学技术是以基础科学和技术科学为基础的高度综合的现代科学技术。大飞机的研制涉及整体设计、安全与可靠性、实用性与可维护性、监视与诊断、生存性与可生产性等方面的技术。

　　1.主要应用技术

　　大型飞机所涉及的科学技术范围几乎覆盖整个航空科学技术领域。笼统地说,航空科技包括航空动力学、推进科学、航电与控制、结构与材料四大类。当前大型飞机应用到的主要技术可以分为4个方面,即前提技术、载荷技术、基础技术、相关技术。

　　(1)前提技术,是飞机平台所需的技术,缺了它飞机平台将无法存在或无法发展。其内容包括:空气动力、静动强度、推进系统、机电系统、隐身系统、综合电子显控、飞行综合控制、民机适航性技术等。

　　(2)载荷技术,是指安装在飞机平台上的负载技术,对提高整个飞机的使用性能,尤其是特种使用性能起到关键作用。主要包括目标探测、电子综合及电磁兼容、电子对抗、数据通信等技术。

　　(3)基础技术,是指为其他技术服务的供需技术,包括材料应用、工艺技术、检测技术、仿真技术、管理技术、可靠性与维护性技术、数据与信息融合、人工智能、先进导航、计算机技术等。

　　(4)相关技术,是相关行业与大型飞机产业配套的技术,必须协调发展,相互促进,有时它们也可能成为大型飞机间接关键技术。由于大型军民用飞机和大型特种飞机自身所具有的特点,使得它的这些应用技术在许多方面处于整个航空技术的前沿,从而带动整个航空技术的发展与进步。同时,也推动了力学、热力学、材料科学、计算机科学、喷气推进、自动控制、微电子科学、制造工艺学等基础科学的发展。

　　正因为大型飞机是知识密集型产业,是多学科集成的高科技、高附加值产业,对国民经济、集成科学都具有很大的促进作用,因此发展大型飞机可以带动一大批产业的发展和技术的进步。所以当今世界各发达国家和一些正在崛起的发展中国家都竞相发展大型军民用运输机技术,大型飞机工业成为突显一个国家综合实力的战略性产业。

　　2.急需突破的关键技术

　　由于种种原因,我国研制大飞机所需的技术能力与航空发达国家及地区相比显得非常薄弱。目前,我国要自行研制大飞机,急需突破的关键技术有(胡晓峰,2007,P81-82):

　　(1)大型飞机总体气动布局(包括飞行性能、操纵性与稳定性)设计技术及高速风洞实验测试技术;

　　(2)飞机飞行载荷设计技术及飞行载荷实测技术;

　　(3)先进结构耐久性设计技术及耐久性实验技术;

　　(4)先进复合材料结构设计、制造综合技术;

　　(5)先进飞行综合控制系统设计技术及1︰1全系统仿真实验技术;

　　(6)先进电子显控设计技术及全机交联实验技术;

　　(7)大型先进常规发动机设计、制造技术及性能实验测试技术;

　　(8)高可靠性、耐久性机载电子设备设计技术及测试技术;

　　(9)多轮起落架载荷分配及全系统设计技术和实验技术;

　　(10)民机适航性技术以及相关验证技术;

　　(11)大型常规材料冶金技术,先进复合材料制造技术;

　　(12)大型零件毛坯冶金制造技术,大型零件冷、热加工技术和热、表处理技术(包括防腐处理);

　　(13)大型部件装配技术及其工艺装备设计制造技术;

　　(14)大型飞机试飞技术(包括飞行包线风险科目试飞、适航试飞)。

　　在上述项目中,有些属于我国的空白技术,如大功率飞机发动机的设计与制造技术,是多年来一直困扰飞机发展的关键问题之一。有些项目我国正在开展工作或刚刚起步,不仅与世界先进水平有较大差距,而且离工程实际应用还差得很远,如高结构效率先进复合材料技术。

　　原中国航空第二集团公司科技委副主任崔德刚曾表示,为保证中国研制的商用大型飞机具有国际竞争力,并达到适航标准,首先要突破10项关键技术:商用大型飞机总体设计技术;现代商用飞机的气动特性预测方法;商用大型飞机的噪声预测和减噪措施;商用大型飞机载荷确定技术;高效结构和强度设计技术;长寿命高可靠性结构设计技术;商用大型飞机防雷设计和抗高强度辐射设计;多轮起落架设计技术;先进复合材料结构设计技术;适航审定的特殊要求的鉴定技术。

　　3.部件系统的主要技术

　　大飞机整体是一个十分复杂的技术系统,就是其中的某个部件或分系统也是十分复杂的。以其中的发动机为例,其所需的技术也是十分复杂的。其涉及的主要技术包括:

　　(1)设计关键技术:大涵道比发动机总体方案设计技术(含飞发一体化和经济性分析);民用发动机适航技术;大涵道比风扇/增压级设计技术;高效高级压比压气机设计技术;低排放、长寿命燃烧室设计技术;高性能长寿命高、低压涡轮设计技术;发动机短舱及反推力装置设计技术;核心机设计技术;验证机设计技术;整机/部件综合数值仿真技术;大涵道比涡扇发动机数控系统设计技术;低噪声设计技术;长寿命、高可靠性和可维护性设计技术;轴承和传动润滑系统设计技术;故障诊断和监控技术;涡轮间隙主动控制技术;辅助动力装置(APU)设计技术。

　　(2)材料工艺技术:大型风扇宽弦空心叶片(钛合金或复合材料)制造技术;大型钛合金中介机匣铸造、焊接和制造技术;钛合金整体叶盘叶环制造及修复技术;复合材料包容环制造技术;风扇盘圆弧形楔槽加工技术;三维弯扭多联组合涡轮导向叶片精铸技术;定向凝固带冠大展弦比低压涡轮叶片精铸技术;风扇转子和发动机本机平衡技术;风扇机匣涂层本机加工技术;耐600℃高温钛合金材料工程化与制造工艺;镍基高温合金整体叶盘低成本制造技术;低成本燃烧室机匣整体铸造技术;火焰筒浮动壁材料与制造技术;高压涡轮动叶及导叶用涂层及其涂覆工艺;耐1 100℃单晶涡轮叶片低成本材料、铸造以及打孔工艺;耐1 100℃涡轮导叶低成本材料、铸造以及打孔工艺;轮盘粉末冶金的制粉、锻造工艺以及缺陷检测。

　　(3)试验测试技术:整机试验与调试技术;发动机反推力试车技术;发动机吞鸟试验技术;发动机吞水、吞冰、吞砂试验技术;发动机侧风、逆风试验技术;发动机噪声场测量技术;风扇叶片包容试验技术;部件、整机寿命和可靠性试验技术。

　　(4)制造技术:计算机辅助设计技术;激光校准技术;等等。

　　如何获取这些技术、如何运用这些技术、如何把这些技术运用于其他领域都是我们要下大力气做的事情。