國產(chǎn)大飛機上的那些“龍江制造”

本刊綜合

5月5日，中國自主研制的大型客機C919試飛成功，這標志著中國朝著航空強國夢又邁出了一大步。繼歐美之后，中國成為又一個大型客機自主研制者。參與C919研制的龍江航空制造企業(yè)都備感振奮。與“大飛機”的共同成長之路，也是各參與研制企業(yè)的技術(shù)提升、管理提升和質(zhì)量提升之路，這一過程為黑龍江省航空產(chǎn)業(yè)快步發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。

哈工大兩關(guān)鍵技術(shù)助飛C919

哈爾濱工業(yè)大學與中國商飛的合作由來已久，并在C919飛機的研制過程中發(fā)揮了重要作用，其中包括C919飛機中央翼復合材料后梁大開口補強設計技術(shù)研究、C919大飛機鋁合金機身激光焊接技術(shù)及裝備研究。

大型民用客機的制造被稱作“工業(yè)皇冠上的明珠”，是一國工業(yè)、科技水平和綜合實力的集中體現(xiàn)。“一代材料，一代飛機”。碳纖維結(jié)構(gòu)復合材料已成為航空航天的首選材料，在減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、延長結(jié)構(gòu)壽命方面，具有其他材料無法比擬的優(yōu)勢。哈工大復合材料與結(jié)構(gòu)研究所赫曉東教授團隊早在2010年就開展了C919中央翼復合材料后梁大開口補強設計技術(shù)研究工作，助推C919研制。

在赫曉東、王榮國兩位教授的帶領(lǐng)下，課題組針對大開口結(jié)構(gòu)部件可靠性和輕量化的重大需求，采用碳纖維復合材料取代金屬結(jié)構(gòu)，設計時充分考慮飛機可靠性、維修性和綜合保障等方面要求，達到了減重和提高產(chǎn)品質(zhì)量目的。課題組同時兼顧零件制造工藝性和部件的裝配工藝性，通過采用補強結(jié)構(gòu)設計來提高結(jié)構(gòu)件的剛度、強度，以滿足結(jié)構(gòu)使用環(huán)境要求。

課題組首次制備出了復合材料大開口及其補強結(jié)構(gòu)的對比實驗件，通過試驗驗證了設計方案的可靠性。同時，課題組所提出的中央翼復合材料后梁大開口補強設計方案及獲得的一手試驗數(shù)據(jù)，為C919大飛機中央翼后梁大開口的選型設計提供了強有力的技術(shù)支撐。

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護的重視程度不斷提高，國際飛機制造業(yè)把通過減輕質(zhì)量，實現(xiàn)降低油耗、提高有效載荷作為提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵。2011年，哈工大先進焊接與連接國家重點實驗室主任陳彥賓教授率領(lǐng)科研團隊與上飛公司合作承擔了“雙束光纖激光焊接鋁合金機身壁板工藝及裝備技術(shù)”研制任務。團隊經(jīng)過近4年的努力，突破了鋁鋰合金雙側(cè)光纖激光同步高速焊接工藝、雙機器人協(xié)調(diào)控制、空間焊接軌跡離線編程、大型龍門高速運動精度控制等關(guān)鍵技術(shù)。團隊在國際上率先完成鋁鋰合金激光焊接整體壁板的疲勞損傷容限和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評定，研制出首臺集成多軸數(shù)控與機器人組聯(lián)動的雙光纖激光焊接裝備，并于2015年底交付中國商飛上飛公司。

四大部件哈飛制造

作為C919大型客機機體結(jié)構(gòu)主要制造商之一，航空工業(yè)哈飛主要承擔機身復合材料部件的制造，包括主起落架艙門工作包、前起落架艙門工作包、翼身整流罩工作包和垂直尾翼工作包4個大部件。由于C919大客機項目采用了多項先進制造技術(shù)，并完全按照美國FAA適航要求及全機MBD制造技術(shù)進行設計和制造，這使得參與大飛機制造的哈飛也收獲頗豐。

“就前起落架艙門部分而言，由于飛機在起飛、降落過程中該艙門處于開啟狀態(tài)，要承受很大的風阻和震動，結(jié)構(gòu)設計上強度、載荷要求更高，這是直升機和小型運輸機艙門沒有的要求。”回想起當初項目研制的過程，航空工業(yè)哈飛C919項目團隊主管副總工程師李薇表示，在首架機研制過程中，哈飛研制團隊通過多次工藝試驗和技術(shù)攻關(guān)，在制造工藝上依次突破了超厚度（54mm）紙蜂窩預成型技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、泡沫和蜂窩拼接技術(shù)，并且滿足了制造規(guī)范和適航驗證。

同時，哈飛通過參與國產(chǎn)大飛機的制造，按照C919項目商業(yè)化運作模式，結(jié)合哈飛現(xiàn)有體系和實際情況，開展了所承擔工作包的團隊建設、體系完善及產(chǎn)品制造，全面提升了哈飛的工業(yè)信息化、集成化、數(shù)字化制造水平。“我們以型號研制為契機，建立廠所間異地協(xié)同研制平臺，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)當天發(fā)放，當天接收，當天應用，還實現(xiàn)了設計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等向生產(chǎn)制造現(xiàn)場的快速傳遞，有效地指導生產(chǎn)制造。”李薇說，“型號研制為哈飛信息化水平的快速提升創(chuàng)造了機遇，哈飛多年建立起來的信息化環(huán)境又為型號研制提供了有力保障。”在現(xiàn)有復合材料制造技術(shù)、飛機裝配技術(shù)等方面，哈飛通過與國外先進制造企業(yè)聯(lián)合研發(fā)，提升了航空復合材料制造工藝及工藝裝備的技術(shù)水平，尤其是在大尺寸復合材料結(jié)構(gòu)件和垂直尾翼部件的生產(chǎn)中，采用了多項國際先進技術(shù)。

銀質(zhì)獎章印證執(zhí)著與付出

2017年3月底，一個令航空工業(yè)哈飛C919項目團隊振奮的消息傳來，航空工業(yè)哈飛黨委副書記侯月明在2017年中國商飛供應商大會上捧回了2016年度優(yōu)秀供應商銀獎。這沉甸甸的銀質(zhì)獎章承載著C919項目團隊的智慧與汗水，也印證著項目成員的執(zhí)著與付出。

第一家完成10101架機撤保留工作的供應商、第一家完成10102架機撤保留工作的供應商、第一家同時完成垂尾部段長桁和壁板PPM驗證工作的供應商……哈飛憑借著多個“第一”贏得了榮譽。

由于C919項目垂尾工作包采用了雙定點供應商制，按工作包分工，航空工業(yè)哈飛作為B角承擔10103至10105架機的垂尾研制任務。為規(guī)避項目風險，中國商飛引入第三家供應商參與垂尾PPM驗證試驗工作，明確提出至2016年11月底，誰能制造出合格的垂尾PPM壁板，誰就能優(yōu)先拿到請求單，誰就是取證構(gòu)型的供應商。

這對航空工業(yè)哈飛項目團隊來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。2016年3月，外購成型工裝一到廠，項目團隊立即開展工作。為了解決零件成型工藝難度大、工藝穩(wěn)定性差、合格率低的難題，公司C919項目團隊連續(xù)奮戰(zhàn)5個月，終于使垂尾部段長桁PPM驗證工作得到了認可，拿到請求單。3個月后，在長桁零件的基礎(chǔ)上，垂尾部段壁板PPM驗證通過審核。以此為標志，航空工業(yè)哈飛成為第一家同時完成垂尾部段長桁和壁板PPM驗證工作的供應商，并成為垂尾部段取證構(gòu)型架次及后續(xù)架次唯一供應商。

民營企業(yè)攻克工裝難題

“明天，承載著我們汗水和心血的C919大飛機就要首飛了，我們感到非常驕傲和自豪。”4日，廣聯(lián)航空工業(yè)股份有限公司副董事長于剛在接受記者采訪時說，作為我省唯一一家參與大飛機制造的民營企業(yè)，廣聯(lián)航空為C919提供了上百個零部件的工裝和裝配夾具，是C919復合材料成型工裝的主要供應商。

在C919整個機身結(jié)構(gòu)件中，復合材料結(jié)構(gòu)件占40%左右。復合材料結(jié)構(gòu)件的成型一般采用薄殼式工裝經(jīng)鋪疊、封裝、升溫加壓而成。而作為復合材料成型工裝的主要供應商，廣聯(lián)航空工業(yè)股份有限公司在C919的研制過程中承擔的復合材料成型工裝設計、生產(chǎn)任務占比很大。

作為一家民營企業(yè)，緣何能在大飛機制造中占據(jù)一席之地？“我們航空設備先進，復合材料產(chǎn)品生產(chǎn)在國內(nèi)同行業(yè)處于領(lǐng)先水平。從2000年開始成為中航工業(yè)各個主機廠的工裝供應商，十多年來，參與了所有新機型項目。因與商飛有多年合作經(jīng)驗，商飛深知我們有攻克難題的技術(shù)能力。”于剛說。在C919物理樣機研制階段，廣聯(lián)航空承制了C919平尾部段所有成型工裝，并順利完成工裝生產(chǎn)任務，保證了C919平尾部段樣件如期下線。在這一階段，商飛研究院大飛機設計者提出用共固化工藝來做復合材料件，并將這個大難題拋給了廣聯(lián)航空。

“我們同哈工大廣聯(lián)航空結(jié)構(gòu)與材料設計研發(fā)中心合作，對共固化工藝技術(shù)進行了深入的研究，攻克了用共固化工藝來做復合材料件這一技術(shù)難題。”于剛回憶說。

“C919項目，最大的難度是時間緊、任務重，第一批工裝從設計到制作耗時一年半，項目組工作人員24小時不停工！為了保障商飛的生產(chǎn)計劃，僅用兩個月時間完成了所有成型工裝的交付。”于剛說。從C919項目立項就參與其中，廣聯(lián)航空的管理體系和質(zhì)量體系受到了極大肯定，也提高了企業(yè)在航空界的競爭力，加大了企業(yè)產(chǎn)值，為企業(yè)長遠發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。“C919大客機的任務已經(jīng)圓滿完成，目前，我們正在和商飛共同研制C919的‘繼任者即國產(chǎn)大型寬體客機C929的試驗件，未來在國產(chǎn)大飛機的研發(fā)制造中，會繼續(xù)貢獻出廣聯(lián)人的力量。”于剛對此信心滿滿。

C919大型客機所采用的新技術(shù)、新材料、新工藝對我國經(jīng)濟和科技發(fā)展、基礎(chǔ)學科進步及航空工業(yè)發(fā)展有重要的帶動輻射作用。作為統(tǒng)籌我國干線飛機和支線飛機發(fā)展的中國商飛公司堅持“主制造商-供應商”發(fā)展模式，舉全國之力，聚全球之智，打造民機產(chǎn)業(yè)“生命共同體”，基本建成了“以中國商飛公司為核心，聯(lián)合中航工業(yè)，輻射全國，面向全球”的中國民機產(chǎn)業(yè)體系。