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C919两架原型机同时试飞打脸外媒抹黑?让我们抛开情绪 只谈技术

时间:2018-06-25 08:03 来源:未知  ■  华夏传媒网 点击:

昨日,C919两架原型机同时试飞,完成了部分操稳试验和系统检查。官方消息表明,位于西安的101号机进行了地面改装和载荷标定,如水配重系统和拖锥系统等,试飞持续了3小时10分。位于上海的102号机进行操稳检查、性能检查等试飞任务和测试改装,试飞持续了1小时34分。

而国外媒体在上周末(6月15日)曾经报道,C919在试飞过程中遇了升降舵上的复合材料分层问题,并改装了襟翼、尾翼和油箱。改装和排故大概用了三个月。

 

 

外媒的报道截图

 

这本来是一则普通的技术报道,新飞机在试飞过程中遇到问题修正问题都是很正常的。即使强如波音空客,新机试飞也不是一帆风顺的。更何况是中国这种大姑娘上轿头一回的?然而就是有些别有用心的媒体开始聒噪中国技术不行,造个飞机这么费劲,吃枣药丸之类。结果昨天C919两机同日试飞的消息公布之后,又引发了一场传播盛宴,这一回的方向完全翻了过来,一夜之间C919又成了国民信心支柱,打脸的打脸,吵架的吵架,真是舆论狂欢。

让我们抛开各种别有用心的立场和追名逐利的争论,回归技术的本质,从媒体报道的只言片语中,以正常心态解读这些技术细节,管窥中国大飞机工业追赶世界先进的道路到底是荆棘还是坦途。

 

 

试飞中的C919

我们先来看看新闻报道中的关键字词:昨天商飞官方发布的C919试飞情况说明中,说明进行了改装并在试飞中进行了检查,包括水配重系统改装与标定、拖锥系统等,检查则是操稳检查和性能检查。外媒报道的是升降舵上的复合材料出现了分层、飞机改装了襟翼、尾翼和油箱。我们一个一个来看。

水配重系统是个很有意思的东西。因为飞机的平稳飞行需要保持姿态的平衡,必须保持重心位置和升力中心的平衡,否则飞机就会在空中翻滚起来。而在新飞机的试飞过程中,实际重心和升力中心的位置未必和计算结果一样,在不同的高度和速度下机翼产生的升力也不同,这就需要飞机能在一定范围内调整自身重心位置以保持飞行的平衡。这就是水配重系统的作用,通过调节机身不同部位水箱的水量来调节飞机的重心位置。水配重系统的改装说明以往的系统不能满足系统需求:或是试飞科目有变化,或是有设计之外的情况需要测试。这些情况都可能会导致水配重系统的重新布置。

 


 

对于常规静安定飞机,重心位于升力中心之前,平尾产生负升力以平衡俯仰

拖锥系统是飞机大气测量系统的重要测试项目。飞机在天空中飞行,需要通过大气测量系统感知到周围大气环境的情况,从空气动力学上来讲,就是要测量飞机所处流场的动压和静压。这个探测系统在是通过空速管和静压传感器来探测的,很多早期战斗机机头处都有一根伸出来的“刺”,这就是空速管。

 

 

这根突出的“刺”就是测量大气数据的空速管,可不是什么刺刀哟

而现代战机也只在研发过程中的原型机上能看到这根“刺”,正式服役之后就不见了。这是因为现代飞机为保证机身表面的光洁都将空速管埋进了机身蒙皮之中。但是这样一来就有一个问题,在飞行时,机身蒙皮表面的空气流场是被机身压缩过的,和原本的流场并不一样,这就必须给埋入式传感器进行数据修正。

 

 

飞机对空气流场的影响

而修正量就要在飞机试飞过程中通过这根“刺”来得出。而客机在试飞时很少安装这根“刺”,通常用的就是拖锥系统:通过在垂尾中拉出的一根线拽着一个搭载传感器的锥形物来收集大气流场数据。

 

 

注意787垂尾后面的那个小黑点,那就是拖锥

操稳检查是指操纵性和稳定性的检查。我们都知道飞机的飞行稳定性主要由尾翼决定。飞机的纵向稳定性由平尾决定,横向的偏航稳定性由垂直尾翼决定,滚转稳定性由副翼决定。进行操稳检查简单而言就是测试飞机的主要气动舵面是否能在各种气流环境中保持优良的飞行品质,包括飞行的稳定性和操纵的响应能力。

外媒报道C919改装了尾翼、襟翼和油箱。飞机的尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼,分别负责保持飞机的俯仰和航向稳定性。在通过安装在尾翼上的舵面偏转,实现对飞机的俯仰和偏航控制。襟翼是飞机主翼靠近机身的一段,主要在起降时调节升力和阻力以改善起降性能。对其进行改装则说明先前的设计数值和试飞中的实际数值并不一致,需要进行一定的调节。这是在飞机设计过程中很常见的改动,可以在保持整体飞行性能不大改的情况下调整飞机的稳定性和操纵性。

 

 

外媒提到的升降舵复合材料分层问题,则可能是出现了设计之外的情况。复合材料的种类有很多,性能和用途也各有不同,不能一概而论说分层到底是什么问题。从设计角度而言,导致复合材料分层的可能性主要有两种:选用的材料因为加工水平或者别的原因并未达到其标称的性能、试飞中出现了超出设计值的情况导致材料无法承受而分层。

和金属不同,复合材料的力学性能并不是各向同性的。会随着受力方向的变化而呈现截然不同的性能。如果在试飞过程中出现了设计承力方向之外的情况,就可能出现复材破坏。

C919的复合材料使用比例并不高,大概在30%左右。和世界先进水平的50%尚有一定的差距。除了大量使用新型的铝锂合金材料之外,复材使用经验的欠缺和下游供应商的协调能力不如国际巨头也是原因之一。

 

 

 

 

C919和波音787的复合材料使用情况对比

在这里,明昊认为有可能是在试飞过程中,飞机的尾翼出现了设计时未考虑到的意外情况,飞机尾部机身或许出现了震荡之类的问题。因为六七十吨重的飞机在气动力作用下飞起来,飞机本身也承受了相同大小的力度。在这么大的力量作用下,我们通常认为坚硬的飞机用金属材料和复合材料也会发生弹性形变。大家在乘飞机的时候可以观察一下机翼在起飞前后的变化:相对停稳的状态,机翼在起飞时会有一定程度的上翘,这就是空气产生的升力作用在机翼上的结果。

和机翼同理,大飞机细长的机身也容易在气流的作用下发生一定量的形变。而飞机的安定性设计会使得机身在受到气流影响之后产生反向动作以恢复正常的飞行姿态,在这个过程中机尾会承受更多的力量。而当气流比较复杂的时候则可能产生震荡,对机尾产生更大的作用力且会反复将其拉扯。这种不确定的震荡的力度大小在风洞试验中是难以精确测定的,因为风洞用的模型太小,并不能精确模拟实际情况。所以这对于设计而言也是难以确定其安定余量的。在客机需要尽量减重以保证经济性的要求下,到底增加多少保证安全的余量是需要长期经验积累的。

 

当然,这些都只是从报道的只言片语中得出的分析。而实际情况到底如何也只有商飞自己的人能知道。虽然从他们的报道新闻中可以一定程度的相互印证,但也并不足以推定实际情况。

物理定律并不会因人的意志而转移,在工程实践中的各种问题也不会因为中国晚一步发展就变得更简单。现代航空工业虽然有各种先进的理论和高效的计算机技术做支持,但是航空作为高度复杂的系统工程,依旧是极度依靠经验的。波音空客曾经遇到过的各种经验性问题,中国一样要重新走一遍,才能“知其然,知其所以然”。这并不是搞定了全球零部件供应商就能搞定的,也一定程度上说明了一个道理:单纯造个壳子,就是高科技!

 

 

 

C919和波音787零部件供应商对比

 

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