安225同款发动机将在中国装配试车 或用于C929大飞机

  走进南昌航空工业城(以下简称“航空城”)崭新的数控机加厂房,目光很难跳过矗立其中的高速五坐标蒙皮精确铣床。这个“巨型”机器运转时发出有规律的“吱吱”铣切声,旁人听着或觉突兀,但对洪都镜像铣团队来说,却是再美妙不过的“乐章”。因为,规律的“吱吱”声背后,是他们共同奋战的无数个日日夜夜。

  随着我国自主研制的新一代隐身战斗机歼—20正式列装空军作战部队,肩负保家卫国使命的新型战鹰,终于在祖国的苍穹下振翅翱翔。

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  5月22日,中俄国际商用飞机有限责任公司在上海挂牌成立,意味着中俄联合研制C929宽体客机进入实质运行阶段。这是继5月5日国产单通道大型飞机C919成功首飞后,我国大型民用飞机发展史上又一个标志性事件。

去年,阿里地区实现农牧业总产值4.43亿元,同比增长3.4%,具有特色的绒山羊养殖数量达到141万只,占牲畜总量的49.83%,绒毛产量达到1921吨,产山羊绒240吨,有效提高了养殖绒山羊的农牧民的收入。
在全区农村工作会议上,阿里地区行署专员彭措告诉记者,他们地区去年建立了10个绒山羊选育点和1144个绒山羊养殖示范户,并与收购山羊绒的阿里地区外贸总公司联系,将引进山羊绒加工设备。未加工的山羊绒约为24万元/吨,加工后的山羊绒售价可达70多万元/吨,并可打造出白绒山羊品牌,这不仅能提高农牧民养殖绒山羊的积极性,还可增加山羊绒产业的附加值,实现农牧业增产、农牧民增收。

  蒙皮镜像铣和“梦之队”

  以歼—20为代表的跨代飞机,对装配准确度和连接可靠性提出了极为苛刻的要求。浙江大学飞机装配创新团队通过15年的“加速跑”,攻克了飞机装配领域的一系列技术难题,开创了我国飞机自动化装配新局面。

学习波音787经验:国产C919客机尾椎加上小钢片1/14查看原图图集模式细品C919的高清大图过程中,我注意到尾锥末端有个奇特的小金属片。很有意思吧,立马开始例行的瞎琢磨,机尾减阻装置?APU减噪装置?好像有点像,又不怎么说得通。

  C919选配的是CFM国际公司研制的LEAP-X1C发动机,C929将会选配哪种型号的发动机?这成为最引人关注的焦点。

  徐明被誉为我国“蒙皮镜像铣第一人”,他带的兵自然也不赖。11人的镜像铣攻关团队有9名“85后”,“别看他们年纪不大,本领却不小。”组长徐明对自己的团队信心满满。

  突破核心技术

C919选配的是CFM国际公司研制的LEAP-X1C发动机,C929将会选配哪种型号的发动机?这成为最引人关注的焦点。

  “C929客机发动机选型或是一场博弈。”5月31日,在接受科技日报记者采访时,北京天骄航空产业投资有限公司创新研究院副院长、国家“千人计划”专家王光秋分析。

  徐明是洪都公司培养成长起来的第一代数控操作和工艺技术专家,致力于高端数控技术研究,先后攻坚完成复杂壁板、成组加工、仿真控制、数控主轴利用率提升等技术难题。攻关队员们称他为“定海神针”。

  飞机装配是缩短飞机制造周期、降低制造成本、保障制造质量的关键环节。直到20世纪末,我国飞机装配技术整体上仍较落后。当时的飞机装配,基本上完全依赖工人的肉眼观察和纯手工操作,自动化水平低,质量难以控制,问题不可溯源,装配效率低,严重影响了飞机的性能和使用寿命。

“C929客机发动机选型或是一场博弈。”5月31日,在接受科技日报记者采访时,北京天骄航空产业投资有限公司创新研究院副院长、国家“千人计划”专家王光秋分析。

  两台发动机共约63吨推力,推重比在0.25上下

  在C919前机身、中后机身研制中,攻关队承接了各类蒙皮的铣切工作,包括机加领域罕见的铝锂合金厚蒙皮和尺寸超规格的厚蒙皮。攻关任务下来的时候,徐明没有任何推脱,除了一点——攻关队成员他得亲手挑选。来自工艺、维修、操作的拔尖人才组成了徐明的“梦之队”。

  中国也尝试过引进、改造、升级的方法来改变窘境,但难以突破长期的技术封锁和市场垄断。“真正的核心技术是买不来的,中国人必须自己干。”浙江大学先进技术研究院副院长、飞机装配创新团队负责人柯映林教授说。怀揣这个信念,2003年,浙江大学飞机装配创新团队结合国家重大战略需求,从航空制造加工工艺基础研究转向飞机装配工程关键技术攻关。依靠跨学科、跨领域的科学研究,团队攻克了装配连接失效、制孔失准、定位变形三大技术难题,成功研制了动态成组定位系统、移动机器人制孔系统、环形轨道制孔系统、5+X轴专用机床制孔系统、卧式双机联合钻铆机等全产权、全配套的飞机自动化装配原创装备,为运—20、歼—20、运—9等9个重点型号飞机的成功研制和批量生产提供了工艺、技术、装备及系统的重要支撑。

两台发动机共约63吨推力,推重比在0.25上下

  计划于2025—2027年投入运营的C929客机,标准为双通道客舱布局,基本型航程为12000公里,座级280座,主要竞争客机是波音787和空客A350
XWB。

  其实攻关队还有第12个成员——我国引进的第一台蒙皮镜像铣设备。新设备、新工艺、新材料,这台机器承载了太多:C919大飞机的前机身、中后机身大部段等着蒙皮装配,“猎鹰”高教机的装配升级也指着它。第一次看见这个高大上的“稀有物种”,攻关队员们其实忧大于喜。突然之间就要和它日夜相伴,他们需要缓冲,不光是物理距离,更包含心理距离。可是,距离拉近之后,并不是拨云见日,而是漫长的攻关之路。

  技术国产化,创新是关键。自动钻铆机是功能集成度和技术复杂度极高的航空制造工艺装备。相较于同类产品,浙大研制的卧式双机联合钻铆机仅钉头的齐平度就从0.05毫米提高到0.02毫米。“这项技术的核心是在制孔、锪窝、检测、送钉、注胶、插钉、压铆等飞机壁板装配的工艺过程中全部实现自动化,故障率小于1‰,其中钻铆机的原创设计是赢得国际竞争对手尊重和赞誉的杀手锏!”伴随着团队成长的浙大发展委员会副主席陈子辰教授说。

计划于2025—2027年投入运营的C929客机,标准为双通道客舱布局,基本型航程为12000公里,座级280座,主要竞争客机是波音787和空客A350
XWB。

  “这样的设计指标对飞机要求非常高,也意味着C929的研制将面临许多技术挑战,大涵道比发动机就是其中之一。”王光秋说,按波音B787-9和空客A350-800等客机的技术指标,两者起飞重量均为250吨左右,推重比约为0.25,若要满足这些标准,C929最大起飞推力约需63吨。

  “伙计,好样的!”

  实现大规模应用

“这样的设计指标对飞机要求非常高,也意味着C929的研制将面临许多技术挑战,大涵道比发动机就是其中之一。”王光秋说,按波音B787-9和空客A350-800等客机的技术指标,两者起飞重量均为250吨左右,推重比约为0.25,若要满足这些标准,C929最大起飞推力约需63吨。

  C929采用双发设计,每台发动机起飞推力约为31.5吨。

  2013年10月,攻关队正式进驻航空城,“那大概是我度过的最寒冷的冬天。”许家明回想起当时的场景,依旧能感觉到几分凉意。那时,正在建设中的航空城水电还未完全开通,空气中有着飞扬的尘土和弥漫的油漆味。攻关队员们顾不上环境的艰苦,就投入到了设备的验收与调试中。

  一飞冲天的运—20,是中国人从具有自主知识产权的飞机自动化装配线上飞出的第一架大型飞机。中国,从此成为少数几个拥有大型运输机生产能力的国家之一。

  多款发动机具备候选资格

  蒙皮精确铣的编程是以CATIA
V5R19为平台进行的,其编程方法为划线编程法,“我们得在四五米长、两三米宽的蒙皮面上做辅助线,最后将辅助线转化为不重复的、等距的刀具轨迹。几百条轨迹划下来,手都抽筋了。”黄晶回想道。她是攻关队里唯一的女生,也是大家的“开心果”。

  一块手表,即便是相同的零部件,不同国家的组装,产生的价值常常很悬殊。究其原因很大程度在于装配工艺。飞机的组件、部件、大部件和整机的自动化装配是一个多系统的复杂集成过程,更需要精湛的装配工艺和科研团队的支持。

  早在2015年10月,中俄国际商用飞机公司已启动发动机项目招标,向相关制造商发放信息征求书RFI。

  “开心果”也有犯愁的时候。因设备调试及蒙皮原材料问题,致使最初加工的6张6毫米厚的铝锂合金蒙皮连续报废。“听到第6张蒙皮报废时机器发出的哐当声,大家的情绪近乎崩溃。”

  “要拥有完全自主知识产权的飞机装配核心技术,建设一支团结拼搏、勇于创新的团队是关键。”陈子辰说。

  公开资料披露,C929将通过包括装配新一代大涵道比涡轮发动机等技术方式提高飞机综合性能指标,比同类在役宽体客机油耗降低10%—15%。

  压力大的同时,大家心里都攒着一股劲儿——是问题总有解决的办法。更改材料、优化程序、找成型规律、自行设计保形工装,他们对每一个可能出错的环节进行排错。第7张蒙皮试制成功时,压在攻关队胸口的巨石终于放下了。徐明轻轻拍了拍机床,在心里念叨:“伙计,好样的!”

  2010年,浙大团队迎来了运—20的第一个生产线项目,即中机身自动化装配。当时,项目的最大困难在于没有人工的装备工装。“如果技术不能如期完成生产要求,整个项目就要因此停步。”团队负责人回忆,“这是考验我国自主研发的自动化装配技术和系统水平的关键时刻。”

  哪种发动机能助力C929实现这个目标?通用与罗罗公司,雄霸当今全球宽体客机动力市场,占比分别为45%和55%。

  啃硬骨头带来的成长

  毕运波是团队中年轻的技术骨干,2003年团队刚组建时,他还是一名刚读博的研究生。他回忆说,研制初期常常出差,要现场调试各种装备和系统,常常是打着“飞的”奔波于科研基地与工程现场。团队成员李和军和同伴们要在短短的3天之内完成某个任务。一天深夜,李和军还在设备上调试。“来一个扳手。”李和军转过头去接时,发现递过来扳手的是浙大机械工程学院李江雄教授。

  “波音787和空客A350客机,选择的发动机分别为通用Genx、罗罗遄达1000及遄达XWB。”王光秋认为,除这三款在役的大涵道比涡轮发动机外,中国商发公司在研的CJ-2000、中乌新一代航空发动机AI-38(中国天骄航空与乌克兰进步设计局、乌克兰马达西奇公司联合体共同在乌克兰D-18T发动机基础上研制开发),以及俄罗斯计划研制的推力为35吨的PD-35也具备候选资格。CJ-2000和AI-38的推力约在30—34吨左右。

  作为国内首台蒙皮镜像铣设备,其工艺编程技术在国内找不到可借鉴的经验。攻关队员只有投入更多的时间和精力去寻找可能的解决方法。这其中,李响可是一把好手。“他特别能担当,不管什么活儿,到他手里都很让人放心。”队长徐明肯定道。

  针对飞机装配技术的高度集聚性和应用复杂性,团队开发了柔性定位、精准制孔、自动化钻铆等共性技术集成应用平台,与航空工业西飞、成飞、陕飞等飞机制造主机厂持续15年深度合作,创建了我国首个涵盖组件、部件、大部件和整机的飞机自动化装配技术体系,实现了飞机自动化装配技术在我国飞机制造行业的大规模推广应用。

  研制时间长,用哪家变数较大

  因超规蒙皮结构复杂,零件装夹后蒙皮实际外形与理论外形有差别,零件加工按理论外形的数控程序已无法加工,李响和队友们从逆向成型技术入手,编写了蒙皮型面探点后置处理程序。通过探点后,利用CATIA逆向生成蒙皮实际外形,最终解决了厚蒙皮零件实际外形与理论数模外形不符的问题。

  推动行业整体发展

  根据波音公司发布的市场报告,未来20年,中国需要民用双通道飞机1700架。按发动机占飞机总价值比25%—30%计算,中国这一市场将高达近625亿美元。

  李响和队友还沉下心研究蒙皮零件机械加工工艺技术,包括蒙皮铣面、铣下陷、钻孔、切边等。在研究加工过程中,他们逐步完成了蒙皮加工工艺方案和切削参数表,编制了高速五坐标蒙皮精确铣编程说明书等文件资料,形成了VERICUT仿真模板文件。

  走进飞机自动化装配车间,设备上“浙大制造”的标志格外显眼。这些自主研发的先进装备,不仅提高了飞机装配的质量,更加快了飞机装配的效率。

  据海外媒体报道,罗罗公司正加紧与中国相关单位进行定期会谈,其研制的遄达XWB最新型号,专为空客A350
XWB量身定制,是目前燃油效率最高、对环境影响最小的一款大型发动机。目前订单已超过1600台。

  一项项困难的攻克,换来了型号的顺利试制,也换来了大家的快速成长。“虽然说地球缺了谁都照样转,但我这支攻关队却是少了谁都不行。”一个都不能少,是朴实的徐明对队员们的最大赞誉。
(来源:中国航空报 张送萍)

  由于技术的日新月异,团队还带动了企业生产模式的转变,促进了企业人才队伍建设,推动行业整体发展。柯映林说:“我们不仅要继续承担核心工艺装备研制和大系统集成开发,还要为新一代飞行器从源头上提供科学的自动化装配生产线建设规划,大幅度缩短研制周期、降低成本、提升质量。”在完成西飞、成飞、陕飞重大项目的同时,团队完成了研究型大学与行业的“产学研用”的连接。团队还不断结合重大工程项目,通过工程硕士专业学位研究生教育,培养一线优秀工程技术人员。

  与大名鼎鼎的罗罗相比,CJ-2000、PD-35以及AI-38各有什么优势及不足?

  但团队成立之初,在“产学研用”的衔接上存在困难。

  CJ-2000发动机,国产大飞机的“心脏”。按研制计划,2022年完成试验验证机达标,2025年至2030年完成适航取证。分析认为,这个时间节点赶C929首班车较难。

  论文是许多高校衡量科研成果的指挥棒之一,团队成立之初很多工作因为保密无法公开发表,那么如何评价团队中的年轻人呢?浙江大学高度重视科技创新队伍建设,先后出台人事晋升特聘制度、毕业论文特别评审制度等,支持国家重大战略需求的科学技术研究。“把优秀文章写在祖国大地上,这是浙江大学的历史担当。”陈子辰说。

  由于C929是中俄联合研制,俄罗斯在单通道客机引擎PD-14基础上研发的推力为35吨的PD-35发动机,亦会是潜在竞争对手。但与CJ-2000一样,PD-35也需要10年的研制时间。

  目前,团队已研制了17套飞机自动化装配系统和2条飞机总装配脉动生产线,为我国大型运输机运—20和第四代隐形战斗机歼—20等9个重点型号的成功研制和批量生产作出了巨大贡献。

  而中乌联合研制的AI-38属于衍生型新型大涵道比发动机,其原型机D-18T则是名震遐迩、已服役安-225及安-124两个型号运输机22年的“动力心脏”。乌克兰开发的大型涡扇发动机与罗罗公司的遄达系列发动机具有相同的三转子结构,具有效率高、体积小、重量轻等特点。最新消息,位于重庆的中乌联合发动机制造基地已开始安装试车台。

  在军用领域之外,国产支线客机ARJ21—700首次采用的全机三段大部件对接自动化装配系统也来自浙大飞机装配创新团队。在未来,下一代大型客机和舰艇的制造也将会留下更多“浙大制造”的印记。

  一边是成熟发动机,一边是中俄两国对尽早使用各自自主研制发动机的迫切。“C929客机研制时间还长,用谁家的发动机,目前看变数还比较大。但首批飞机使用成熟发动机为动力系统可能性较大。”王光秋认为。

  (卢军霞参与采写)

《人民日报》2018年6月19日12版