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C919一飞冲天与中国科技“智”造

第一财经APP 2018-03-23 10:47:39

作者:宁佳彦    责编:刘佳

关键工艺技术的自主攻关是C919的必由之路。

飞机靠设计,也靠制造。C919一飞冲天的喜悦背后,是诸多科技创新的结晶。

3月23日,2017年度上海市科学技术奖励大会表彰了一批在上海科技创新中具有突出贡献的科技项目,中国商飞上海飞机制造有限公司牵头完成的《大型客机机体数字化装配关键技术及集成应用项目》荣获上海市科技进步奖一等奖,这也是上海飞机制造有限公司第一次荣获该奖项一等奖。

“关键工艺技术的自主攻关是C919的必由之路。关键一定是掌握在中国人手上的,不是依靠外界,也是引进不来的,从产业链的角度上来说,未来还有很大的扩展空间。”中国商飞公司制造总师姜丽萍接受包含第一财经记者在内的媒体采访时说。

她表示,装配工艺占了飞机制造总周期的40%,不仅飞机本身是亮点,围绕着飞机,使用到的装备、设备等等,其实都是可以国产化的,对中国智造的意义更大。

技术人员艰苦攻关

大飞机每一次技术的点滴进步都离不开航空企业一线人员勤勤恳恳和踏实奉献。

把C919飞机真正打造成为能够广受市场认可的精品,这是C919大型客机副总设计师傅国华与中国商飞公司总装制造团队的心愿。

作为专业外人士,这些技术努力可以概括为通过基础研究、技术创新和应用集成,解决了现代民机数字化装配中的重大关键技术和一系列技术难题。而深究其中,姜丽萍坦言,C919面临着五个方面的挑战:偏差控制、装配制孔、精确控制铆钉干涉量、大部件对接和集成开发装配线。

正因如此,基于刚柔混合偏差分析方法的数字化装配协调技术、复材-金属叠层结构低损伤高效率自动制孔技术、机身铝锂合金薄壁结构高可靠性自动钻铆技术、大部件对接装配偏差在线测量和低应力调姿技术、机体模块化柔性化装配线研制与工艺集成应用技术等多项创新成果才更显可贵。

说起来简单,实施过程却颇不容易。一次,飞机电子设备舱要做一个工程更改看似简单,只是把两根线换一下方向,结果傅国华带着一位工人、一位质检员,三个人一起从晚上10点多钟干到了第二天早上6点多,主要是“因为线缆所在空间狭小,又要尽可能不影响其他线缆设备”。等全部做完,从车间里出来一看天都亮了,三个人都很惊讶,怎么这个活干了这么久?

C919事业部电子电气工段长周琦炜也曾以为C919大型客机是大飞机,空间大,敷设起来应该容易,但是第一次上机那一刻,看着满飞机的电气角片,他觉得自己太天真——两万多个固定点,个个都是闭口型,错综复杂。

但这些都难不倒技术人员。周琦炜动起了脑筋,决定把机上的工作搬到机下。他利用身边的材料做成一个简易的工装,模拟实际结构,用卡箍将19束线束提前整理敷设,待到上机操作时,只需将整体模块化安装,大大减少了操作强度。这样,线束乱了可以直接调整,不用再打开卡箍操作,另外也降低了安装的失误次数,那些很小的零件也不会因为不小心掉落而寻找不到,这样极大地提升了工作效率,可谓一举多得。

在这些点滴的努力下,项目团队历经五年多技术攻关,获得授权发明专利12项,软件著作权两项,行/企体标准10项,发表论文54篇。大型客机机体数字化装配关键技术及集成应用项目的成功实施有力支持了C919大型客机关键装配工作,为首飞提供了基础保障,增强了国内国际对我国国产大型客机的信心,促进了航空制造业发展。

不仅如此,项目创新成果已扩展应用于ARJ21新支线飞机项目,并推广至西飞、成飞、沈飞、洪都、哈飞等多家航空制造骨干企业,培育了50余家符合民机适航要求的零件、工装、刀具配套企业,整体提升了我国民用航空的制造技术水平,具有重大的经济效益和社会效益。

与时间赛跑

对于中国商飞来说,2018年将是C919飞机全面进入研发试飞的关键年。

中国民用航空局颁发型号检查核准书之前,C919的试飞工作属于研发试飞,以调整飞机状态,冻结飞机构型为主要目的。

C919事业部结构组班组长孟祺菁在内部刊物上回忆起去年12月到阎良配合开展机头结构改装工作时,用两个“大”来形容这项业务:工作量大、难度大,改装需要将驾驶舱大量的内室设备及线缆拆除,并在相关部位增加几十个零件,工作周期长,更关键的是改装的零件大多位于闭角区域,开敞性极其狭小。

“很难操作,一般的气钻都放不进去,还要保持钻孔垂直度,又在支架最多的地方,设计在现场看了都感觉难。”

姜丽萍介绍了制孔时铆接干涉量估算方法的重要性。“飞机的装配连接一般都是通过孔来连接的,有铆钉连接、螺栓连接。为了延长疲劳寿命,在前期孔壁比铆钉的直径是要小,需要干涉。干涉要控制得最好,才能让它进去,并顺利地完成铆接。”这个干涉量会影响疲劳寿命,太大会变形,太小还有间隙配合,因此需要特别进行研究。

在现场操作中,团队要根据实际情况设置特殊钻头,提高应变能力,保证精度,更是考验手上功夫,“比如一块区域要装20多个互相有协调关系的零件,方孔要满足孔的精度,要考虑新零件的边距,还要保证定位关系”,改装工作可谓牵一发而动全身,一个尺寸的偏差影响的是一系列的定位关系,“飞机装配不是像搭积木那么简单,协调的关系太多了,数模是理论状态,实际操作要考虑,公差影响要实时调整。”

“现在对接来说,我们几乎不用人工干预了,所谓的人工干预就是看数据。当然自动化钻铆不可能是百分之百,有的部件是80%,有的部件还是需要我们高技术的技能工人。但对接这个过程是不需要的,我们可以通过机器来操作。”姜丽萍这样介绍自动化在制造中的应用。

从商业影响上来看,中国大飞机提不仅打破了国外对航空数字化装配技术的垄断,提升国内民机产业的整体制造水平,项目成果还为航空工业提供了技术示范,实现了复材叠层结构高端刀具、工装的国产化,带动了相关产业的发展。

第三代铝锂合金是C919项目上的一个亮点,在国际上处于领先水平。洪都相当于国内第一个吃“第三代铝锂合金”螃蟹的团队。当时,商飞和洪都两支团队在一起,花了很大的精力攻关这块“硬骨头”。与当时普遍使用普通铝合金的同类飞机相比,铝锂合金能够在同等强度下,大幅降低重量,从而提升飞机的经济性,带来较大竞争优势。 洪都还从国外引进了国内第一台蒙皮镜像铣。这台设备的加工参数、测量方法、检验方法,正是两支团队一起琢磨出来的。

回首过往,整个研究历程从2009年的4月一直到2014年的12月,其中有10余个支持项目,包括国家的973计划、863计划,以及本身C919里面的关键技术的攻关,还有上海市的重大装备的研制专项,以及上海市引进技术的吸收与创新的年度计划等任务的支持。

如今,不少项目成果已经应用于ARJ21-700 新支线飞机批量生产,实现了降低对接时长与装配误差。项目成果推广至西飞、成飞等9家结构件供应商,形成了C919不同部件的生产线,全面提升了配套产品的质量。

正是在这样的努力下,姜丽萍和C919 团队才有底气为C919制定了这样的标准:C919可飞行25日历年/8万飞行小时/48000起落架次。 “一般是6万小时,而C919提的是一个比较高的技术指标。”

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