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国产大飞机C929:与波音787空客A350无代差
2016-11-05 21:23:13  出处:网易航空  作者:虎虎虎 编辑:小路   点击可以复制本篇文章的标题和链接

传闻已久的国产C929宽体客机,首次以模型公开展示。无疑是2016珠海航展最大的看点之一。

商飞展台上,编号为C9X9(C929)的模型,机身上的LOGO除了中国商飞之外,还有俄罗斯联合飞机制造集团UAC。从C929模型来看,它跟波音787和空客A350都明显不同,但也有相似之处。跟照抄无关,更应该理解为工程上的殊途同归。

继ARJ支线客机开始商业化载客运营,C919的“铁鸟”、“铜鸟”和“电鸟”联试顺利即将首飞之际,商飞终于能腾出手来,开始正式推进宽体客机项目。这并不意味着商飞从今天才开始着手宽体机的规划。中国是不是要发展双通道国产宽体客机,动机和决心勿庸置疑。俄媒这几年来,对于中俄联合研制宽体客机的消息不断透露,远比中方更为热心。

尽管C919被冠名为中国国产大飞机之名,但它实际上是一种窄体干线客机,从尺寸大小、航程载荷、和市场定位来看,与波音737MAX和空客A320neo基本一致。国产大飞机之名,赋予给中国新的宽体客机更为合适。

师承空客A330,还是俄罗斯的伊尔96

中国并没有宽体客机的技术积累,所以第一个问题就是C929技术从哪里来,水准如何,是哪一代水平?再直接一点,就是师承空客A330,还是俄罗斯的伊尔96?

首先从C919判断,C919的技术水准,可以认为超出了波音737前三代机型,和空客A32ceo,与刚刚开始商业化运营的空客A320neo,和即将开始商业化运营的波音737MAX基本没有代差,标配先进发动机、电传操纵、玻璃化座舱、新一代超临界机翼。这意味着,中国商飞同样不可能以现款飞机为母本,修改或模仿出新一代宽体客机,因为将必然导致市场惨败。中国宽体机队的主力是空客A330,运营维护能力强大。2014年《航空周刊》曾指出中国愿意购买200架A330,换取空客在天津设立A330总装中心。此事再无下文,空客如今在天津动工的仅仅是完成交付中心,与能力更强大的总装中心不可同日而语。假如总装中心设立,国产宽体客机项目多少都会受到影响。一是宽体客机市场容量有限,二是ARJ和C919目前都是摸着石头过河,中国同时并行投入A330本地化和新宽体机的研发两个工作中,毫无必要。

伊尔96是目前俄罗斯主力的宽体客机机型,技术水准与空客A340接近。它并没有拿到FAA和EASA认证。伊尔96与空客A340一样是四发客机,现在已经是四发客机谢幕的时代。波音748和空客A380并不是不优秀,其缺点与优先一样鲜明,追求大容量客舱和长航程,当时只能用四台发动机来推。波音777充分证明了自己的成功,凭借推力空前强大可靠性空前提高的GE90,两台发动机推动的机体,性能几乎接近波音748和空客A380,燃油经济性则远远超出。空客A340的双发版是A330,A330作为长青树充分证明了双发的优势。A330并不是由A340演化的,当时空客管理层要求发展四发飞机,罗歇-贝泰耶非常清楚认识到双发才是未来,迫于压力,用了小小的“诡计”变通。设计一种通用机体,分别搭配四台发动机,和两台发动机造出两种飞机,前者是A340,后者是A330。这种原生的四发换双发思路,伊尔96是没有的。尽管伊尔96也提出了改为双发版的计划,但目前还是纸上谈兵的方案,实现可能性并不大,历史上几乎没有过客机在服役生涯中末期,靠减少发动机数量续命成功的先例。这也就意味着,中国宽体客机的总体设计方案,不可能照搬伊尔96。从石头中“蹦”出来的运20,已经让人耳目一新。运20远比C919大得多。充分证明了中国对于大飞机的总计设计把握能力,和机载分系统的集成能力。商飞通过模型后方的触摸屏,首次批露了宽体客机的一些细节。C929将会有基本型,缩短型,和加长型。数据显示,基本型航程12000千米,典型三舱布局为281座,典型两舱为291座,全经济舱为405座,高密度为440座。

C929的头等舱采用1 2 1布局,典型三舱布置8座,公务舱为2 2 2布局,典型三舱布置30座。经济舱显示了类似于波音787的3 3 3典型布局,和空客A330的2 4 2典型布局。

客机的座舱布局,主要取决于机身宽度。机身宽度是客机设计最重要的取舍点之一。客机在全寿命周期和后期改型中,可以换掉机翼,换掉发动机,更新航电,但更改不同宽度的机身,工作量相当于重新造一款飞机。C929机身宽度和客舱宽度,介于空客A330和空客A350之间,更偏向于A350。现有的A350,又称为A350XWB,意为机身加宽,以示与先前未得到客户认可的早期A350方案区别。额外的机身加宽成为空客A350市场反响热烈的一个要素。C929的客舱宽度虽较A350略小,但已经大于A330,C929的客舱宽度甚至大于波音789,因而经济舱采用和波音789常见的3 3 3布局毫无问题。C929宣称的两舱291座,和波音789的两舱290座惊人相似,这是这是相对于A330明显的优势,这意味着可以布置比A330更多的座位。

C929的最大起飞重量,最大着陆重量更接近A330-300,而不是A350-900。从起飞重量和尺寸大小来看,C929略小于A350-900,略大于A330-300,和波音789相似。

国产大飞机C929:与波音787空客A350无代差

脱离载荷谈航程毫无意义,波音789的商载航程能力极为惊人。波音给出了两组构型,分别是Basic和Max,对应不同起飞重量,Max构型下,典型载荷航程达14000千米。C929的最大起飞重量明显小于波音789,机体宽度也大于波音789,即使在机体设计水平相同的情况下,载荷航程想要超越波音789几乎是不可能的,当然更不可能超越大一号的空客A359。当然载荷航程性能,优于A330-900,并无悬念。需要指出的是,载荷航程虽然是飞机性能评估的重要依据,但也跟产品定位,和设计选取点有关。俄罗斯在IL-86之后,推出IL-96,都没有把远航程作为重点。

为什么说C929是新一代客机

展板显示,C929的主要技术特征为:先进气动技术、高涵道比低噪声涡扇发动机、多电技术、先进复合材料技术、先进飞行控制技术、综合模块化航电技术。

尽管NASA、波音、洛马都在探索全新气动布局的客机,如飞翼客机。但这并不意味着传统气动布局的潜力已充分挖尽,近年来,依然在不断的实现技术进步。波音777X更新了全新的机翼,通过空气动力设计的优化取得性能上的突破。运20机翼设计选点有取有舍,应用了超临界翼型,但没有翼稍小翼。C929也应用超临界翼型,而且它的翼稍小翼与A350“圆月弯刀小翼”很象,与波音787的斜削式翼稍小翼不同。机翼总体气动设计优于A330,与A350和波音787同代。

波音787和空客A350机体结构大量应用先进材料,包括新一代铝锂合金和复合材料,对于减重和增加强度、耐腐蚀、简化维护都大有益处,波音787复合材料用量占机体结构重量的50%,空客A350XWB为52%。产能方面,中国现在开始能够供应航空用复合材料,但高强度用于承力部件的复合材料依然稀缺,目前国产飞机完全采用进口复合材料,国产复合材料仍然存在一些普遍问题。应用方面,商飞复合材料机翼研究已有进展,从攻克关键技术为导向到以产品型号要求为导向的转变。中国商飞北研中心常务副主任李东升于2016年5月表示,目前ARJ21-700仍以金属材料为主,但C919则使用了12%的复合材料。宽体客机C929会增加复合材料的应用,计划达到51%,铝合金及铝锂合金比重则下降到20%左右。C929应该会开始使用国产复合材料,但还有一部分可能依然需要使用进口材料。

多电技术其实是C929的最大亮点之一,如果说气动设计是““外在”看得见的进步,多电技术就是区别于上一代飞机的“经脉”进化。多电飞机就是将现有飞机的液压能源和气压能源,统一为电能。最大的特点在于,次级能源全部或是尽量使用电能,而不是传统的液压、气动、电力。多电技术减少了飞机内的液压管路和气体管路,简化了飞机和航空发动机的结构,有利于提高飞机可靠性。波音787是典型的多电飞机,采用变频交流电源系统,每台发动机传动2台发电机,主发电机总容量达1000kVA。中国可以公开查询的学术论文,已经对于波音787、空客A380和F-35三种飞机的多电技术作了充分的探讨,一方面承认多电技术的优势和必要,另一方面也指出有别于波音787的高压直流电源系统具有较大的发展前途。2016珠海航展,中航工业通过互动方式展出对于多电飞机的研究成果,并提出了应用于先进飞机的概念模型。C929成为多电飞机,是理所当然,顺理成章。C929多电的几个应用包括不限于:电防冰、电刹车、飞控电动作、电反推。

C919和空客A380、波音787都采用了综合模块化航电架构。机载电子系统向高度综合化发展,一体化成为机载电子系统的发展趋势。与传统的联合式系统设计相比,综合化系统设计具有体积小、重量轻、功耗低、维修性好、可靠性高的特点,能较大地提高飞机的经济性。C919采用了全时全权限电传操纵系统和主动控制技术。C929的航电系统可能会是各子系统中,发展较为顺利的一项。从C919起,中国开始自行攻关喷气客机飞行控制率算法,实现难度很大,过程坎坷,但教训经验有助于拿下C929控制率。中国商飞北研中心建立的多电系统综合研究实验室,包括了光传操控与光总线组网技术研究,C929也许会采用光传操控系统。C929的智能驾驶舱可能采用的技术有4G/5G移动通信技术、卫星宽带通信技术、语音识别技术。初期确定应用的包括双HUD、侧杆、静暗、无纸化。

中国其实并不是不重视航空发动机的研发,只是由于底子薄,不得不采取分步的变通手段。中国近年来在研发新型飞机时,往往先采用进口发动机过渡,之后逐步推出国产型号。C919就是个例子,现在虽然装备的是LEAP-1C发动机,并且明确了LEAP-1C将在中国装配,但事实上中国早有了国产发动机的规划。国产CJ1000-A(SF-A)涡扇发动机将于2022年装备C919,到2026年CJ1000-B(SF-B)将装备C919延程型。SF-A解决了有无的问题,性能指标与CFM56相当,SF-B解决从有到好用的问题,主要性能指标向LEAP-1C看齐。2016年中国航发集团的成立,有利于统筹行业优势,保障用于宽体客机的CJ-1000系列,也会推动CJ-2000的研发进度。2014年中航商发设计研发中心高级专家倪金刚曾表示,用于宽体客机的CJ-2000系列计划2020年完成技术预研,2022年完成试验验证机达标,2025~2030年完成适航取证。从公开论文分析,中国相关单位已经对大推力高性能民用涡扇发动机的一些关键技术进行了预研储备,如总体方案设计、叶尖主动间隙控制技术、高性能大尺寸风扇转子叶片3维弯掠设计技术、复合材料风扇叶片/机匣等。CJ-2000发动机基准推力为75000lb。降低基准机转速,可满足减推力使用发动机的要求。保持核心机不变,重新匹配低压部件可增加推力。减推和增推型范围在70000lb-82000lb之间,推动波音789等级的客机毫无压力。俄罗斯称将会在PD-14、PD-35的基础上研发35吨推力的发动机用于C929。这款发动机尚在纸面上,风险与前景不明朗,未知与CJ-2000的进度孰先孰后。

综上所述,C929采用了高效气动布局,以提高起降状态的升力系数和巡航状态升阻比,复合材料用量达51%,采用多电系统技术、主动控制技术、先进涡扇发动机、大变形复合材料机翼,与之相关的还有客舱噪声抑制技术和低碳排放。假如能够顺利完成,C929技术水准相当于波音787或是空客A350,领先A330一代。除了已知的航程载荷性能有差距外,某些性能接近于波音789。中国需要的是一款全新研制,从头开始的远程宽体客机,伊尔96在任何方面都不具备脱胎换骨成为母型的条件。中国与俄罗斯合作研制,可能在飞机总体设计、发动机方面需要借助俄罗斯的力量。波音787和空客A350已经开始进入稳定量产的阶段,C929从项目启动到开始交付,最乐观的估计也是十年时间。无论是发动机研制,还是拿到FAA的认证,都是荆棘之路。十年之后,竞争对手也在进化,波音787和空客A350有可能又会推出新的改型。

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