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装备制造业的大飞机梦

  2022-04-19 阅读:115

   “那一刻,真是振奋人心!” 2007年12月21日,中国首架具有完全自主知识产权的新支线飞机ARJ21-700“翔凤”揭开面纱,湖南省浏阳市国税局员工曹检生显得有些激动。“翔凤”这个名字最先是由曹检生提出,在他的背后有数十万张选票在支持。
    与曹检生心情相似的人还有很多,其实,在“翔凤”下线的那一刻起,很多人除了振奋和激动之外,还有希冀,那就是中国人何时能坐上自己生产的大飞机,就像年轻人开上“QQ”车一样稀松平常?
    拥有中国自主知识产权的大飞机是中国人的一个梦想,这个梦做了几十年。中国大飞机重新立项,研制的条件基本具备,中国的装备制造企业也随“机”起舞,为生产大飞机做各项准备。随着大飞机梦想起飞的,还有中国的机床行业、材料行业、制造服务业等产业。
    大飞机之梦
    1980年9月26日清晨,上海市北郊的大机场,太阳尚未升起。甲虫般的牵引车缓缓牵出一个庞然大物,它的尾部印着巨大的五星红旗和一个醒目的红色标记 ——Y10。只见它开始在跑道上滑跑、加速,刹那间拔地而起,如同大鹏展翅一般直冲云霄。这个庞然大物叫“运10”,是中国第一架自主设计的大飞机。
    大飞机即大型飞机,指起飞总重量超过100吨的运输类飞机,也包括150座以上的干线客机,它是民航使用最广泛的主力机型。一般来讲,在中国150座以上的客机被称作“大型客机”,100座以下的叫做“支线飞机”。2007年12月21日下线的ARJ21-700,就属于70~110座级的中、短航程的支线飞机。
    时间回溯到1970年8月21日,当时的国家计委、军委国防工业领导小组向上海市下达了大型旅客机及其发动机的研制任务,这就是“运10”客机,代号 “708工程”。根据毛泽东的提议,“708工程”的研制和协调总装基地放在上海。全国21个省市的262个单位参与了项目研制,历时10年。1980年 9月26日,“运10”飞机首飞上天,并先后7次飞抵起降难度最大的西藏拉萨贡嘎机场。
    令人扼腕叹息的是,从1985年2月起,由于种种原因,耗资5.377亿元人民币研制的大飞机“运10”,孤零零地停放在上海飞机制造厂的一个角落里。
    “一支来自五湖四海的队伍,还没来得及‘排练’就被历史匆匆推上舞台,以敏捷而稳健、整齐的步伐,一炮打响,成功上演了一出威武雄壮的大戏。”已经作古的“运10”总设计师马凤山,生前曾这样评价“运10”。
    尽管“运10”在20多年前因种种原因下马了,但中国的大飞机之梦并未就此停止。上海飞机制造厂从1985年开始,执行与美国麦道公司合作,组装MD- 82和MD-90飞机。不料,1996年底,波音公司兼并麦道公司后,于1997年在全公司范围内关闭MD-90生产线,中国的大飞机之梦再次寂灭。
    20世纪走到了尽头,随着21世纪的来临,中国的大飞机之梦再次开启。中国航空市场不断扩大,大飞机立项再次提到了议事日程,大型飞机也首次被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》重大专项。
    2006年3月14日,第十届全国人大四次会议宣布,中国将在“十一五”期间启动大型飞机研制项目。为此,国务院成立了大型飞机重大专项领导小组,组织了专家论证委员会独立开展论证,经过6个月的工作,形成了《大型飞机方案论证报告》。

   2007年2月26日,国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议,听取大型飞机重大专项领导小组关于大型飞机方案论证工作汇报,原则批准大型飞机研制重大科技专项正式立项,同意组建大型客机股份公司,尽快开展工作。
    “让中国的大飞机飞上蓝天这是国家的意志,这个国家意志的分量,我不知道你们想过没有,有多重?国家已经对外宣布了,就是说我们必须要做,而且一定要做成功!13亿的中国人,有5000年历史的中国,说话一定要算数!”2007年12月30日,国务院总理温家宝在西安的西飞集团考察时饱含深情地说。
    自“运10”搁置20多年后,中国的大飞机项目再次破云而出,在中国人心头萦绕了近40年的梦即将照进现实。
    梦想之门开启
    “我们能不能搞大飞机,关键有三点:经验积累、经济实力和技术基础。目前,这三个条件已经基本具备。”中国工程院院士、中国航空工业第一集团公司科技委副主任刘大响告诉记者。
    在技术方面,中国航空第二集团公司科技委副主任崔德刚认为,为保证中国研制的民用大型飞机具有国际竞争力,并达到适航标准,必须首先突破10项关键技术:民用大型飞机总体设计技术、现代民用飞机的气动特性预测方法、民用大型飞机的噪声预测和减噪措施、民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、民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。
    为了解决大飞机研制的问题,国务院已经拟订了“一次立项、两个机型、军民统筹、系列发展”的总体发展思路,一些核心技术正在不断地被突破。2007年8 月,“涡轮风扇动力模拟器试验技术”在中国空气动力研究中心获得突破。这项技术是中国低速空气动力学研究领域难度大的试验技术之一,是大型飞机研制急需攻克的一项地面模拟试验技术。掌握这一技术后,就能够通过试验准确获得发动机工作状态对飞行特性及推力变化的影响。
    在飞机材料方面,在国际上,波音、空客有雄心勃勃的复合材料应用计划,预计可占飞机总重的40%~50%。中国装备制造企业也在研制国产的大飞机的材料。 2007年,120兆牛张力矫直机方案由国机集团下属的中国重型机械研究院设计、总成套并通过审查。该套设备是西南铝率先在国内建设的大飞机用铝合金宽厚板生产关键设备,也是中国唯一一条与大飞机项目相关的宽厚板生产线建设工程。它的建成将为中国启动大飞机项目提供强有力的材料支撑,实现铝合金预拉伸宽厚板产品的国产化,大大提升中国铝加工装备的技术水平。
    在飞机研发和应用方面,中国也正在积累经验。“ARJ用到的技术也是大飞机用的技术,只是尺寸、结构件比较大。因此,ARJ21飞机也为大飞机积累了经验,很多可以直接借鉴过来。”民营广东昌盛飞机设计有限公司总经理兼总设计师周济生说。
    支线飞机ARJ21-700“翔凤”,将于2009年底投入运营。毋庸置疑,支线飞机ARJ21-700“翔凤”的研制成功在人才、技术、材料、制造、适航取证和项目管理等方面积累了经验,为研    制大飞机提供借鉴。

    另据了解,中国大型客机股份有限公司组建工作正在进行,有望在2008年完成组建并挂牌。大型客机公司的名称、徽标、注册地、法人代表、运作方式、董事会设立和经营范围等问题都在紧锣密鼓地展开。新成立的公司将由国务院、地方政府和中国一航、中国二航等企业共同注资,承担大型客机和ARJ21支线飞机研制生产任务。一旦公司成立,将立即着手有关大飞机关键技术的攻关工作。
    大飞机项目初步测算投资研制经费约500亿至600亿元人民币,国家发改委、科技部将负责项目牵头,国防科工委等部门参与,这为中国研制大飞机提供了资金保证。
    总体上来看,中国研制自己的大飞机条件基本具备,国产大飞机的梦想之门正在开启。
    闻“机”起舞
    大飞机立项之后,中国的装备制造企业闻“机”起舞,围绕着大飞机项目,展开了各方面的工作。
    在东北老工业基地沈阳,桃仙国际机场北侧规划了11平方公里的航空经济区,成为集民用飞机、飞机零部件制造、航空技术研发为一体的航空产业制造基地。
    中国大飞机立项后,中国的数控机床行业开始积极研制生产大飞机的零部件的机床,华中数控是国内从事数控系统研发和生产的企业,五轴联动数控龙门铣床,能加工飞机涡轮等复杂机器部件。湖北省机床行业的两大龙头企业武重与华中数控,酝酿在产、学、研上开展合作,为生产大飞机提供高质量的加工机床。
    重钢集团下属的重庆钢铁研究院宣布,斥资9800万元开建航空航天及民用特殊材料研发基地,为国内的飞机制造厂直接提供原料。该研发基地位于大渡口建桥工业园,占地约58亩,总建筑面积2.3万平方米,保守估计年产量可达30吨左右,设计有特殊钢材料、金属材料、磁性材料3个中试基地和1个研发中心,今后主要为飞机和火箭的发动机生产配套管材。
    “2008年初,我们的生产线就会正式投产。”重庆钢铁研究院科技部部长邹宗跃透露。西安航空发动机(集团)有限公司、沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司位列在国产大飞机计划之中,已经与重钢达成产品采购合作协议。
    2007年5月,亚洲最大的复合材料生产基地在哈尔滨飞机有限责任公司建成。该基地具备生产国际上先进复合材料的能力,可为大型飞行器提供复合材料大部件。
2007年12月7日,中国第二重型机械集团公司在四川省德阳市宣布,大飞机制造的关键设备——8万吨大型模锻压机已获国家发改委批准并正式启动。该项目总投资将达到15.17亿元人民币,建设期限为两年半。
    “大型模锻压机是发展大型飞机必备的关键设备,到目前为止,在世界范围内仅有美国、俄罗斯、法国等少数国家拥有类似设备,最大锻造等级为俄罗斯的7.5万吨级。”中国二重集团副总经理、8万吨大型模锻压机项目总指挥曾祥东告诉记者。
    随“机”起飞

   “大型飞机制造业属于典型的‘合作型工业’,总装实际上只占整个飞机制造工作量的4%到7%。截至目前,几乎没有一项大型飞机、发动机的制造是由一家公司独立完成的。空客有1500多家供应商,分布在27个国家和地区。波音60%以上的零部件也都转包给其他供应商。因此,对于承担转包业务的企业来说,存在着巨大的市场机会。”全国人大法律委员会副主任王茂林告诉记者。
    据记者了解,未来20年,中国需要购买民用客机2400余架,价值高达1970亿美元,而主力机型就是干线飞机,再加上各类支线客机和民用运输机,总价值应在3500~4000亿美元。这么大的市场份额,需要中国各个产业、各个企业之间协同。原航空体系之外的电子、机床、冶金、电气等工业企业,将有机会给大飞机提供成套设备、成套工程、系统服务,随着大飞机项目的开工而随“机”起飞。
    “飞机本身就是一个装备,由很多其他装备制造出来。在研制‘大飞机’的过程中需要成套的大型精密高档数控机床,比如组成机翼的大型结构件就需要机床具有多轴联动和高速加工性能。”北京航空航天大学飞行器制造工程系教授刘继红告诉记者。
    据记者了解,大飞机的梁、框、肋和大型壁板等整体结构件的毛坯都是板材或锻件,毛坯75%~95%的材料将被加工掉,因此,大飞机的制造需要大型、高速、精密、多轴的高性能数控落地铣床、加工中心、大型五面加工设备(已研制)、主轴AB主轴摆动的五轴立式加工中心(已研制)。大飞机发动机机匣加工需要用精密加工中心和坐标镗铣加工中心,发动机涡轮叶片和叶轮加工需要用五轴立式加工中心(已研制)、五轴高速龙门铣床等关键技术设备。此外,制造大飞机还需要大量高刚性、高效率的专用机床和柔性自动生产线。
    大飞机的零部件数量有300~500万个之多,这些零部件的加工也是有机床来完成的。大飞机立项,首先带动的就是中国机床行业的随“机”起飞,中国的高端数控机床将会随着大飞机项目的启动而获得突破。
    “高档机床也需要基础元器件的支撑,比如传感器、高速精密主轴、齿轮等,在这方面,中国相关企业与国外也存在差距,有很大的提升空间。”刘继红说。机床行业起飞的同时,带动的是机床协同产业自动化仪表、主轴、齿轮等行业的发展。
    加工大飞机的大梁、桁架、发动机叶片、龙骨、舵翼的液压随动系统需要大吨位的水压机,大型壁板成形也离不开锻压机械。2007年12月,8万吨重型模锻液压机获国家发改委批准并正式启动,该项目除了有利于大飞机的研制,对中国大型锻压设备和大型盘件、结构件的制造也将起到推动作用,中国锻件及产业也在这个过程中得到升级。
   大飞机、载人航天、绕月工程等航空航天项目将对航空电子产业有重要的推动作用。国家振兴装备制造业的十六个重大专项中,第一项就是“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件”。依托载人航天、嫦娥奔月等项目,这些装备在中国得到了较大的发展。
    一般来说,电子设备占飞机总价的30%以上,这对中国的电子工业来说,是一个绝好的发展机遇。随着大飞机项目的深入开展,必将拉动这些产业做大做强。
    此外,大飞机项目还可以推动中国制造服务业,有利于发展服务经济。例如,机床行业不仅要为飞机制造厂设计、制造、安装机床、柔性生产线和加工中心,还要争取为飞机制造厂提供咨询建议、设备成套、工程承包和交钥匙工程等一揽子服务。

   “航空电子技术势必形成产业转移,其技术溢出之后,将拉动整个电子产业甚至其他产业的发展。比如飞机上的总线技术,可以在汽车上应用。” 北航航空电子重点实验室副主任熊华钢教授认为。
    大飞机产业被称为“现代工业之花”,中国大飞机立项并实行产业化,必将使中国工业水平和创新能力得到提升,中国装备制造业也将“借机发展”。

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