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国产大飞机须突破发动机及复合材料等关键技术 |
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| http://cn.newmaker.com
3/10/2009 10:40:00 PM
佳工机电网
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 据新华社报道，国产大飞机项目公司——中国商用飞机公司宣布，将设计研发中心落户上海浦东张江。中国商用飞机公司副总经理、大型客机总设计师吴光辉3月5日透露，大飞机项目的可行性研究刚刚完成，由我国自行设计、集成、总装，拥有完全的自主知识产权，预计在8～10年之内，国产大飞机就能顺利上天。那么，我国大飞机项目的难点在哪里？
技术难关有待攻克
2月25日的法国《国际先驱论坛报》认为，通过制造自己的大飞机，中国将同美国波音和欧洲空客公司展开竞争。2月20日英国《每日电讯》报的报道说，中国制造大飞机是继载人航天后又一个雄心勃勃的计划。
很多关注大飞机的人一般认为，大飞机就是个头儿很大、载重量大的飞机，其实不全对。大飞机一般是指起飞总重超过100吨的军用运输机，以及包括一次航程达3000公里、100座以上的民用客机。由于制造技术的复杂及投资巨大，目前世界上只有美国、欧洲的法德英三国，以及俄罗斯有制造大飞机的能力，而占领国际民航市场的只有美国的波音和欧洲的空客。
其实，早在30多年前，中国就开始了一项代号为708的工程——制造自己的大型喷气客机。1980年9月26日，在上海市北郊机场，中国首架大飞机“运－10”试飞成功，成为第一架按国际适航条例设计的国产大飞机。此后我国又先后进行了“空中快车”、“麦道90”等大飞机项目，但因种种原因，这些项目在几年后就终止了。去年3月，我国大飞机项目正式立项。
虽然经过几十年的发展，我国的技术力量与工业基础已今非昔比，但这只“中国大鹏”要像空客A－380、波音－787那样翱翔蓝天，还有几个技术难关尚待攻克。生产大飞机的过程涉及多个学科，包括空气动力学、材料学、航空电子学等；大飞机产业涉及化工、电子、冶金等部门，被称为“现代工业之花”。据中国新闻社2月初报道，中国航空第二集团公司科技委员会副主任崔德刚在接受采访时表示，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，首先要突破多项关键技术，包括最为关键的发动机技术、先进复合材料技术、长寿命高可靠性结构设计技术等。
以先进复合材料为例，大型客机为了达到自重轻、强度大、抗腐蚀抗疲劳等要求，通常采用综合各种材料优点的复合材料。目前大型客机的复合材料已由以前的以先进铝合金为主改为高强度碳纤维，在大幅度提高性能指标的同时使成本降得更低。据波音、空客公司网站资料显示，现在波音－787的复合材料用量已占到结构重量的50%，到2020年它们生产的大型客机将全部采用复合材料。而我国目前掌握的主要还是金属飞机的制造技术，在先进复合材料的研发及制造工艺上，都与目前国际先进水平相差不少。
另一个不得不提的就是发动机问题。发动机是大型超音速喷气式客机的动力之源，其设计涉及力学、机械、材料、化工等多个学科。我国大飞机与大飞机发动机同时立项，也说明了发动机的重要性。目前我国在飞机发动机上还只能引进他国技术。
巨无霸上天是航空奇迹
很多人已习惯于乘坐客机往来于世界各地，安全、舒适及一流的服务吸引着越来越多的人选择这种交通工具。美国莱特兄弟1903年将首架飞机送上天后，人们很难想到，一架半个足球场那么大、载重量达数百吨的钢铁巨无霸，能跨越海洋进行洲际飞行。如果说莱特兄弟的贡献是让少数人实现了飞行梦想，那么现代的大型喷气式客机则让飞行梦想变成了便捷的交通工具。
莱特兄弟发明飞机后不久爆发了第一次世界大战，此后在相当长一段时期内，飞机充当的主要角色都是“空中杀手”，日军的“零式”战机，美军的B－29“空中堡垒”都是这一阶段的杰作。从速度灵活的战斗机到载弹量大的轰炸机，飞机性能在二战期间达到了顶峰。可悲的是，人类发明飞机的初衷只是为了使交通更快捷，未想竟然沦为战争工具。此时在空中运输任务方面，飞艇的风头甚至一度盖过飞机。
在相当长一段时期内，飞机在民用航空领域无所作为，原因在于飞机载重量低、噪音大、速度慢，不够安全。但这种情况在喷气式客机出现后大为改观。从活塞驱动的螺旋桨飞机到完全靠燃气反冲力推进的喷气式飞机，这可不是一蹴而就的，其中包含各领域技术人员的努力。
起初的飞机可以被看作一个大功率的“飞船”，因为其依靠螺旋桨推动的动力系统与轮船差别不大，有耗油量大、澡音大、速度低等诸多缺点。从“飞船”到现代飞机的一个重要事件是突破音障。
美国国家流体动力学协会(NFPA)官员卡尔·罗德，在2月21日接受英国《泰晤士报》采访时说，一战时的战机时速只有180～220公里，这和今天的直升机速度差不多。根据空气动力学计算，如果利用燃气喷射的反冲力作为动力，飞机就可轻易突破音速。但当时，人们普遍对人类生理是否能承受超音速飞行心怀畏惧。美国航空航天局(NASA)的资料显示，1947年美国贝尔公司一架由B－29在空中放下的火箭飞机第一次突破音障，驾驶员安然无恙。此后，人们大胆地将涡轮喷气发动机装上了飞机。1949年，人类第一架喷气式民航客机──英国“彗星”号首次飞行。从此，人类航空史进入了喷气机时代。如今的喷气式客机时速一般都能达到900公里，诸如火箭发动机、冲压发动机等效率更高的发动机，正陆续进入航空领域。
“钢铁大鹏”为何能悬浮空中
“北冥有鱼，其名鲲。鲲之大，不知其几千里也；化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也；怒而飞，其翼若垂天之云。”这是战国时著名思想家庄子在《逍遥游》中对大鹏自由自在飞翔的描述。喜欢穷根问底的人就会想到，鲲鱼是靠水的浮力游动，大鹏靠翅膀扑扇飞行。那么，翅膀固定的“钢铁大鹏”，靠什么浮在空中而不掉下来呢？
人类很早就意识到，不可能制造出鸟像灵巧双翅那样的飞行器。正因为如此，在19世纪，很多物理学家都对密度比空气大的飞行器能飞上天持否定态度。1892年，英国物理学家开尔文勋爵断言：“比空气重的飞行器飞上天是不可能的。”开尔文依据的原理是阿基米德浮力原理。但令他意外的是，他断言的依据——浮力并不是飞机悬在空中的原因。
在解释之前，我们需要知道流体力学中的一条重要定律——伯努利定律，该定律用简略的文字语言可表述为：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。飞机飞行时，采用了特殊流线型设计的机翼上方空气流速大，压强小；下方空气流速小，压强大。由此产生的压强差就是飞机的升力来源。大型客机对机翼的要求很高，其角度、长度、宽度、厚度等设计参数，都是实验人员在风洞中经过无数次实验才确定下来的，并且要在试飞中接受苛刻的检验。
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