技术突围, C919国产化率提高

qju 发表于 2024/04/27 12:34 一品 百草园 (www.ywpw.com)

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当波音被各种举报时,中国C919却在悄悄实现国产化。比如号称“飞机大脑神经”的航电系统、控制飞行姿态的“小脑”飞控系统、以及大飞机最核心的“心脏”,航空发动机都正在实现突破。

尤其是航空发动机,它一直是中国大飞机的痛。但是国产长江-1000A发动机已经研发出来了,根据中国民航局的消息,长江-1000A发动机正在适航证的审查当中。预计不久的将来国产航空发动机就能真正面世!

除此之外,还有大型锻压机、3D激光打印技术、起落架、航空玻璃等等,这些都是大飞机必不可少的核心技术。非常荣幸,我们很多技术都已经实现了国产化。如果咱们认真了解飞机产业,你就会发现,它们正在像早期汽车的一样,星星之火正在燎原。

那么为什么我们飞机产业会突然爆发?这还得好好感谢一下某些人!

原本中国C919目标非常低,就是想着先造出来,解决从无到有的问题,再慢慢攻克核心技术,因此我们将C919的国产化率定在了10%。可有些人知道后就开始嘲讽,什么10%,也就造个飞机壳吧?还有造一个壳,能叫国产大飞机吗?在各种节奏之下,我们大飞机项目面临的压力非常大。于是C919大飞机项目被迫提高了目标,不但要实现从无到有的突破,还得“面子上”过得去,国产化率一再提高。从原来10%的目标,提高到50%,首飞时的又提高到了60%,创下了不小的奇迹。

按道理来说,我们成就已经非常不错了,是值得我们骄傲和鼓励的。但是有些人偏偏不就是不放过C919。他们又带起了航空发动机的节奏:说什么没有航发,国产大飞机就是没有“心脏”,是一个“黄皮白心”产品。

因为闹得太过轰动了,这件事还上了各大报纸,连央视都出来科普C919为啥是国产大飞机。结果也没用,C919依旧被攻击了相当长的时间。

当时有粉丝就让我出一期科普一下!我就说别急,这些人跳的越高,最着急反而不是我们,而是欧美航空企业。为什么呢?道理很简单!中国科技起步晚,有些技术落后是正常的,我们都会按部就班,慢慢突破。但是有时候也会有例外。

圆珠笔芯大家还记得吧?这玩意体量太小了,中国被卡脖子的技术那么多,我们压根就没注意到这玩意,因此也没发力,有心人就把它当枪使。说什么连圆珠笔芯都造不出来,也敢说自己是工业强国? 这下好了,一个小小的笔芯被上升到中国科技形象的高度。那么中国就算是为了“面子”上好看点,也必然优先将它攻克,结果不需要全国体制,太钢一家企业没花多少功夫就完成攻克。直接把国外企业给干趴下了。也不知道他们会不会恨死了中国的某些国外吹。

在C919上也是如此。那些美吹越是带节奏,中国大飞机核心技术突破的就越快,原本欧美航空巨头还能通过我们挣钱,现在不但钱挣不到,还多了一个强大的竞争对手。你说他们能不着急吗?

大家好呀,我是熊猫,今天啊,咱们干脆就来看看那些被逼出来的大飞机技术!

第一个就是航电系统,它是非常有代表性的技术,中国C919核心技术怎么突破全在这个案例里。航电系统全称是航空电子系统,顾名思义就是飞机上所有电子系统的总和,像机上的通信、导航、核心处理、飞行管理、甚至语音和数据记录等多个子系统,都需要它来统筹调配。 如果说航空发动机是飞机的“心脏”,那么航电系统就是飞机的“大脑”。通过它,飞行员才能控制整个飞机的“神经系统”。因此它也是大飞机最核心、最复杂的技术之一!

由于我们缺乏大飞机制造经验,在C919立项的时候,我们本来打算直接购买或者委托别人研发航电系统的。不过当时C919副总师周贵荣并不同意!他认为航电系统这样的重要技术,如果不能掌握在自己手里,那么以后C919就真的像网友说的那样“非国产”了。而且没有这项技术,想要在残酷的民航客机市场上竞争,根本不可能,所以必须要自己掌握。但是这项技术是被高度封锁的技术,我们自己又没有经验,突破难度非常高。

怎么办呢?周贵荣团队就想了一个办法,他将原本整个航电系统拆分为8个模块,然后在分包出去,其中能自研的就坚持自研,不能自研的就搞联合研发。这种研发也是很特殊,以往联合研发有两种形式:一种是类似挂名,博取一个好彩头,就像高通与国内某著名手机联合研发一样。大部分都是人家的技术,只能以他们为主导。还有一种就是深入研发,参与到整个研发过程。周贵荣团队制定的联合研发就是这样,他们先是设立了一个平台,把大飞机航电的各大功能、子系统等等,全部搞懂之后,再将这些系统分发给下面的团队。等8个部分全部完成后,最后自己再将各个子系统集成一个大的航电系统。

这样做看着是不是很复杂?的确很复杂,但是好处也很多。首先中国团队掌握了主动权,如果把航电系统整体委托给别人,那么我们就无法全面了解航电研发的过程。但是我们自己集成再分发任务,那么国外团队只能参与我们的子系统,是作为配合的一方,我们可以全程掌控。其次联合攻关可以让中国团队深入整个研发过程,学习到子系统的研发细节,积累经验等等,相当于花钱请老师,而不是买产品!还有最关键一点就是知识产权,因为最后的航电系统是我们自己集成的,所以知识产权、命名权等所有权都是属于我们,将来C919走出国门,就不会被别人的专利卡脖子。

可以说一举三得。依靠这种方式,周贵荣团队不仅掌握了航电系统的核心技术,而且培养出一大批年轻的团队。有了他们,周贵荣团队又开始搞搞创新,提升国产化率,比如增加机头上的红外线传感器,即使在雾霾阴雨天气也可以清楚地看到外面的情况,保证飞行安全。C919是全球第一家搭载这项技术的飞机。除此之外,还增加了抬头显示、液晶屏幕、小巧的侧杆等等一些列技术和设备。因此C919不但有了自己的航电系统,而且性能已经超越了同类型的飞机。

既要学习技术,还要在学习过程中培养人才,就是中国C919核心技术集体突破的秘籍。在飞控系统上也是如此!飞控系统顾名思义就是控制飞行姿态的,不管飞机的拐弯、起飞、降落等等操作都离不开这个控制系统,它就像人的小脑一样,也是大飞机的核心技术。

中国商飞本来是选择与美国霍尼韦尔公司合作研发这套系统的,但是由于这项技术太过重要,在合作过程中,美国将飞控系统的核心技术:飞行控制律算法列入禁售名单。这就让商飞非常被动。飞行控制律算法越完善,飞机的操控越简单,越不会出现人为错误,那么飞行安全就越有保障。C919想要达到国际先进性能,就必须拥有一款先进的飞行控制律算法。最后经过商讨,商飞还是决定与霍尼韦尔公司进行合作,只不过合作形式不是直接给技术,而是对成品成品进行评审,而评审的结果就是两个词,“对”或者“不对”。 至于为什么行,为什么不行,反正都不能说,都得靠中国商飞的团队自己琢磨。也就是说我们是名义上引进美国技术,实际上研发设计都是商飞自己在做。

落后就要挨打,我们没有捷径可以走,只能不断尝试和改进。2012年时,中国商飞专门组建了一支非常特殊的团队,这支团队的年轻非常小,大部分都是80后,在飞行控制律方面几乎没有经验。但是正式因为他们年轻,才无所畏惧。经过几年的努力,他们不仅成功研发出先进的控制律算法,而且定制了完善的技术规范,这份技术规范单单英文需求就有4000多条。从严格意义上来说,技术规范比算法本身还要珍贵,因为算法具有单一性,而技术规范却可以推广到后续的C929,C939,甚至各种国产飞机机型上! 飞控系统的突破为中国航天工业拨开了云雾。

第三个突破核心技术就是:航空发动机。航空发动机是名副其实的“工业皇冠上的明珠”,中国一直处于落后。早在2020年时,懂王就威胁过要禁止发动机卖给中国,后来为什么这件事没有下文了呢?难道是他们大发慈悲,不卡我们脖子了吗?当然不是,而是禁了效果也不大,因为中国CJ-1000A发动机已经研发成功。2021年,CJ-1000A发动机就参加了航空展;2022年,CJ-1000A完成全部设计验证工作;2023年时,CJ-1000A搭载在运20上首飞成功了,目前已经进入适航取证的状态。

大家看到没有,懂王刚刚威胁要禁掉航发,我们航发自研的脚步就加快。国产航空发动机的突破让欧美航空企业很难接受。因为航空发动机的意义太大了。它不单单是一个设备,网上有一张航发的截面图很经典:从图上我们可以看到,一个航发里有3万个零件,比一辆汽车还要多。这些零部件密密麻麻,而且都非常的精密。这是因为航空发动机要托起几十吨重的飞机,进行长达数小时的飞行。所以航发具备非常极端的性能,一个是:可以承受住点火时的超高的温度、压强和应力等等,还有一个就是要有很高的燃烧效率,不然你得浪费很多的油。

因此航发的结构非常复杂,材料要求特别高。高到什么程度呢?咱们拿火箭对比,火箭的发动机性能要求很高吧?但火箭只要发动机能够维持几百秒能用就行了,而飞机发动机服役一次就需要上万小时的寿命。极端的性能、极致的材料以及极致的稳定,造就了人类工业最顶级的产业。往往这种材料和结构是没有捷径可走,只能自己一步步摸索与突破。一旦有国家能独自研发出航发设备,那么意味着这个国家掌握了人类最顶级的工业设计能力、基础材料研发以及顶级工业制造水平。

CJ-1000A就是最经典案例!中国早在1980年代开始摸索了,1984年,我国正式启动玉龙航空涡轴发动机研发、然后是运10、运20,一直到C919立项时,我们才正式启动CJ-1000A的研发。中国整整花了几十年时间,才摸到了航发的门槛。就算是CJ-1000A,过程也非常坎坷。CJ-1000A发动机其实是作为备胎的,假如我们买不到国外的发动机,那么CJ-1000A就可以随时转正。当时我们航发制定的策略是两条腿走路,一个是引进国外的设备,先解决从0到1的问题,还有一个是提前布局航发的核心设备,再次作为备胎使用。这就像一座到处漏风的房子,只能修修补补。因此不管国内外,对中国自研航发其实都没有多大的信心。然而结局却完成不同,我们突破的脚步大到让所有人难以预料。其中最典型的就是风扇叶片。叶片是航发里要求最高,研制最难的零部件之一。

CJ-1000A单单叶片材料就更换两次。第一次是采用钛合金叶片,它强度高、重量很轻,用它做发动机叶片可以提升叶片的强度,还能降低发动机重量,优点非常多。2011年左右,中科院金属研究所就启动钛合金叶片研发项目,最后花了将近十年时间才研制成功。可惜,钛合金叶刚研发出来,其实就已经落后了。“一代材料,一代飞机 ”。在我们实现突破的时候,国际上航发的叶片就已经更新换代,开始采用复合材料了。复合材料的强度更大,重量更轻,整体性能高出一大截。

原本大家以为又是一出刚出生就落后的戏码,结果中国一家民企横空出世立马就解决了这个问题。这家企业就是江苏新扬新材料,它成功研制出了高强度的复合材料,经过确认,这个材料正好可以用在发动机的风扇叶片上。新扬材料其实只是中国制造业的缩影。CJ-1000同样如此。它的背后站着的是千千万万家中国制造业企业。2024年,商发公司向首钢发出了一封特殊的感谢信,因为首钢在CJ-1000发动机的认证过程中,帮了他们许多的忙。因此CJ-1000A才能不断突破。

不过大飞机的突破远比普通人知道的更多。除了三大核心技术外,中国在一些关键的技术上走到了世界前列。就比如3D钛合金激光打印技术。钛合金上面就介绍过,它是大飞机的理想型材料。因此它经常被用在飞机的关键部位上,除了发动机的叶片外、还大量应用在其他重要部位。可钛合金虽然好,但是它也很大的缺点,就是熔点特别高,很难锻造成形,目前没有哪种锻造机可以稳定生产大型的钛金零部件。3D激光打印技术可以解决这个问题。激光的温度特别高,可以轻易将钛金加热融化后,然后打印出成品。这项技术原本是美国发明的!2002年时,美国率先在军用战机上使用了激光成型的小型钛合金零部件,让战斗机的性能提升了一个档次。后来美国企业一直想推广这项技术,却都失败了。而中国却率先实现了突破,王华明团队当时接到了飞机风挡窗钛合金边框的制造任务。最终他们用了四年时间,成功用3D打印技术,打印出了边框,成本只有20万美元 ,相比之下,西方企业单单模具生产的成本就要高出9成。由于任务完成的太快,他们又用3D激光打印技术打造了中央翼部一号肋钛合金上下缘条,前后三叉接头等大型的复杂钛合金关键构件上。一项3D激光打印机技术的突破,让国产大飞机的性能得到了非常大的提高。当中国实现突破后,美国又宣布投入10亿美元研发这项技术,结果到现在还没成功。

除了3D激光打印,中国8万吨模锻液压机也领先欧美。这台大型模锻液压机不管是尺寸,还是整体质量等指标,都是全球最大,用它可以锻造飞机起落架外筒等关键部件,是中国起落架国产化的关键设备。

当然了,除了这些技术外,还有航空玻璃,第三代铝合金7050铝合金、飞机轮胎等等,原本这些都是工业上的桂冠,但都被我们一一实现了突破。

四十年前,中国是没有能力研发航发的,因为材料不过关,设计和制造业不过关,但是四十年过去了,中国制造业今非昔比。很多企业的积累开始爆发,他们有能力,有意愿帮助中国崛起。C919各项关键技术,就像当初华为META 60一样,突然横空出世,美国也搞不懂谁在帮助华为。但是唯一清楚的就是这些企业都藏在中国庞大的制造业产业中,它们可能是中国支柱的国企,可能是闻名已久的企业龙头,也可能是听都没听说过的“隐形冠军”!所以我才说或许国产大飞机正在复制电动车的奇迹。

原标题:几大技术突围, C919国产化率越来越高,中国大飞机产业即将起飞?

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