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國產(chǎn)大飛機做好系統(tǒng)集成和總體設(shè)計就很了不起

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-06-18  來源:中國科學(xué)報  作者:趙廣立  瀏覽次數(shù):30

C919,你得知道的那些事兒

“大飛機”指起飛重量在100噸以上,座位數(shù)在150座以上的大型干線飛機,包含軍用運輸機、民用的客運飛機和貨運飛機;也包括一次航程達(dá)到3000公里的軍用或座位達(dá)到100座以上的民用客機。從地域上講,我國把150座以上的客機稱為大型客機,100座以下的叫做支線飛機。而國際航運體系習(xí)慣上把300座位以上的客機稱作大型客機,這主要由各國的航空工業(yè)技術(shù)水平?jīng)Q定的。

中國商用飛機有限責(zé)任公司成立于2008年,總部設(shè)在上海,是實施國家大型飛機重大專項中大型客機項目的主體。中國商飛設(shè)計研發(fā)中心承擔(dān)了我國首次自主研制的C919大型客機、ARJ21新支線飛機的工程設(shè)計任務(wù)和技術(shù)抓總責(zé)任。

科研代號ARJ21(Advanced Regional Jet,即“21世紀(jì)新一代支線噴氣機”),通過公開征集得名“翔鳳”,是由中國商用飛機有限責(zé)任公司研制的新型渦扇支線飛機,亦為中國大陸第一次完全自主設(shè)計并制造的支線飛機。其中ARJ21-700飛機是一款完全按照國際標(biāo)準(zhǔn)研制的渦扇噴氣支線客機,混合級布局78座,標(biāo)準(zhǔn)航程型滿座航程為2220公里。

ARJ21于2008年11月28日12時23分在上海大場機場成功首飛。“翔鳳”的首飛揭開了中國民航客機工業(yè)的新的一章。據(jù)悉,2014年4月,ARJ21-700型飛機在北美完成自然結(jié)冰試飛,預(yù)計2015年ARJ21可進行商業(yè)交付。

C919全稱COMAC C919,C取自中國(China)和中國商飛(COMAC)的首字母自不必說,而飛機型號選擇9,是因為9在中國傳統(tǒng)文化中代表永恒,后面的19指最大載客量為190個座位。

值得一提的是,C919并非是中國的第一個大型客機計劃,終止于1986年的運-10有相似的載客量和更高的國產(chǎn)化率,但C919是第一個市場化的整機全新設(shè)計的窄體客機計劃。

 C919項目于2008年11月啟動。C919專為短中程的航線設(shè)計,屬于單通道150座級,標(biāo)配為168個座位,最多可容納190個座位。C919的尺寸與空中客車A320飛機非常近似,這可能是為了共用相同尺寸的貨運托盤。它的機身寬3.96米,高4.166米,翼展為33.6米,加上翼尖小翼時則為35.4米。巡航速度0.785馬赫,最大飛行高度12100米。標(biāo)準(zhǔn)版航距為4075公里、增程版航距則為5555公里。

 2009年9月8日,C919外形樣機在香港舉行的亞洲國際航空展上首次公開亮相。按計劃,C919將于2014年首航,2016年交付航線起用。后來因制造商發(fā)現(xiàn)中央翼盒使用的碳纖材料出現(xiàn)不明風(fēng)險(同時材料亦成本太高,更換鋁鋰合金可有效降低成本),C919客機首飛日期可能延遲至少一年,由2014年推遲到2015年第二季,向客戶交付時間則需由2016年順延至2018年。

 中國商飛方面表示,由于已知銷量遠(yuǎn)小于同樣大小的波音和空中客車機款,該公司商用客機單價更貴,但隨著訂單數(shù)的攀升有望逐步降低。C919客機將比目前波音737和空中客車A320節(jié)省15%的燃料使用,由于使用與波音737 MAX和空中客車A320 neo相同的先進引擎,減少碳排放量更達(dá)50%,且座位會更寬闊。

 飛機預(yù)計將在2014下半年在上海完成總裝。據(jù)悉,中航商用航空發(fā)動機公司(中航商發(fā))正在研制與C919飛機配套的CJ-1000A(長江-1000A)型發(fā)動機,預(yù)計該發(fā)動機最早2020年之后才能裝到C919上。(趙魯)

 

“一代材料,一代飛機”的啟示

一百多年來,材料與飛機一直在相互推動下不斷發(fā)展,“一代材料,一代飛機”正是世界航空發(fā)展史的一個真實寫照。中國科學(xué)院院士曹春曉在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時指出,當(dāng)前,歐美大型飛機機體的材料結(jié)構(gòu)正從以鋁合金為主過渡至以復(fù)合材料為主,“從波音787開始,50%復(fù)合材料用量是未來飛機的起點”。

復(fù)合材料經(jīng)30多年的研究和應(yīng)用,技術(shù)上已經(jīng)成熟。安全、可靠,并且復(fù)合材料的損傷容限和抗蝕性顯著優(yōu)于鋁合金,更有利于耐久性和安全性的提高;同時,復(fù)合材料和鈦合金的使用可以大幅度減輕飛機結(jié)構(gòu)重量,因此帶來的經(jīng)濟效益(包括降低油耗和維修費用等)和環(huán)保效益,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它的負(fù)面效應(yīng)(制造成本較高);此外,復(fù)合材料的應(yīng)用使舷窗尺寸加大30%,客艙濕度和氣壓有所提高,旅客空中旅行的舒適度也有所提高。

 與金屬材料相比,復(fù)合材料更適合于制備整體結(jié)構(gòu)件。波音787機身由若干段復(fù)合材料大型整體結(jié)構(gòu)件組成,減少了1500個零件和大約5萬個連接件,顯著地減輕結(jié)構(gòu)重量,提高安全可靠性和降低制造、裝配、油耗、維修等成本。

 “(國產(chǎn)大飛機)要盡量采用一些先進的航空材料。因為只有我們的飛機先進,才能在市場上具有一定的競爭力。”曹春曉認(rèn)為,在飛機選材方面,應(yīng)該向世界上先進客機機型如波音787、A350改進型等借鑒。

 “我國國產(chǎn)材料還未能夠達(dá)到成熟、質(zhì)量穩(wěn)定、達(dá)到適航要求并可以批量生產(chǎn)的程度,在一些材料制造上與歐美還有一定差距。這期間我們可以先進口,但我國也應(yīng)盡快實現(xiàn)國產(chǎn)化。這需要材料相關(guān)研究部門與供應(yīng)商制造部門緊密結(jié)合、互相配合,大家一條心最終要搞出來。”曹春曉說。

歷史教訓(xùn)和經(jīng)驗表明,過分依賴進口,最終難免受制于人。“以碳纖維材料為例,我國以前依賴進口,掌握其技術(shù)的國家就敲我們‘竹杠’,要么限制進口,要么定價貴的離譜。”曹春曉對記者說,“后來我們自主研發(fā)出來了,(進口)價格一下子就下來了。”

因此,曹春曉表示,在航空材料的選擇上,要特別重視對具有中國特色的先進材料的選用,例如TC21鈦合金不僅具有國際先進水平的性能,而且在合金及其鍛造工藝上都具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

此外,中國的大型飛機研制項目包含大型客機和大型運輸機兩大部分。為了縮短研制周期、節(jié)省研制費用、降低銷售價格和提高成熟程度,曹春曉建議設(shè)計和材料工作者緊密結(jié)合,盡可能增加大型客機和大型運輸機上共用材料的比例。“這樣做更有利于客機用國產(chǎn)材料通過適航條例。”(見習(xí)記者趙廣立)

 

“空客模式”對國產(chǎn)大飛機的啟發(fā)

 在論證大飛機的過程中,國外一些聲音稱,現(xiàn)在“大飛機的房子”里只能擠進兩個人,就是美國人和歐洲人,擠不進去第3個人了。孰不知,空客起步之初形勢亦是如此。當(dāng)時“大飛機的房子里” 只有美國人,擠不進去歐洲人。但是歐洲人用行動說了“不”。這對中國的大飛機之夢或許有所啟發(fā)。

 “中國能不能搞大飛機,關(guān)鍵有3點:經(jīng)驗積累、經(jīng)濟實力和技術(shù)基礎(chǔ)。目前,這3個條件已經(jīng)基本具備。”中國工程院院士劉大響曾表示,“歐洲的空客從上個世紀(jì)70年代開始研制,連續(xù)25年虧損,最終使空客得以和美國波音平分世界市場。”

空中客車大飛機的立項最初由法國、德國和英國發(fā)起,后來西班牙加入,其間幾經(jīng)波折。1972年10月28日,空客開發(fā)的第一個產(chǎn)品A300研制成功并在圖盧茲進行了首次試飛。

“空客在推出A300的時候,在市場上遭遇的是一個前冷后熱的過程。開始的時候,并沒有多少廠商對其感興趣。”《航空知識》副主編王亞男告訴《中國科學(xué)報》記者,包括空客后期推出的產(chǎn)品,也并沒有馬上在市場上取得翻天覆地的變化。“可以說,空客忍耐了二十多年虧損,經(jīng)過了這段冷淡期。”

“不過,空客在戰(zhàn)略上擁有堅定的信念。”王亞男說,他們堅信只要關(guān)注市場,關(guān)注客戶需求,把所有能夠在民航客機上先進并且適用的技術(shù)都用在新一代產(chǎn)品上,這些產(chǎn)品一定有機會獲得認(rèn)可。

結(jié)果證明正是如此??湛痛竽懙貙⒁恍┸娪眉夹g(shù)用在民機上。比如空客后來的產(chǎn)品A320,率先使用電傳操縱(側(cè)桿)等新技術(shù);再如空客A380,在A380的中央翼盒這種關(guān)鍵的機體材料上,空客敢于采用復(fù)合材料,成功地減重3噸,相當(dāng)于可以多載客約30~50人,飛機的經(jīng)濟性大幅度提高。“當(dāng)然空客飛機還有很多設(shè)計特點,但率先使用先進技術(shù)確實給空客帶來了市場上的突破,奠定了空客的市場地位。”王亞男說,這種戰(zhàn)略上的決心是值得我們借鑒的。

 在很長一段時間內(nèi),空客憑著敢于爭先的精神,以技術(shù)、性能和服務(wù)等優(yōu)勢,終于贏得了大批客戶,其全球市場份額實現(xiàn)了猛增。爾后更是后來者居上,在某些機型上甚至趕超了美國的波音飛機。

空客中國公司總裁洛朗斯·博龍曾在接受我國媒體采訪時表示,一個飛機制造企業(yè)如果想取得成功,必須具備三個“P”,即具有競爭力的產(chǎn)品(Product)、專業(yè)的人才(People)和可靠的合作伙伴(Partners)。

而技術(shù)創(chuàng)新恰恰是為了創(chuàng)造出更具競爭力的產(chǎn)品。A380被業(yè)界稱為“優(yōu)雅的綠色巨人”,它為21世紀(jì)旗艦產(chǎn)品樹立了創(chuàng)新和技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn):A380擁有先進的通用駕駛艙,并裝備了更具互動性的大顯示屏和機上信息系統(tǒng),以及通過大容量以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路連接的集成化和模塊化航空電子設(shè)備。它的超安全性、超舒適性和超娛樂性,為乘客帶來了全新的空中旅行體驗。

“制造大飛機不僅是把東西拼起來,包括設(shè)計、生產(chǎn)和售后服務(wù)都需要我們學(xué)習(xí)。這是一個商業(yè)理念,不僅僅是制造的問題。”中國國家大飛機項目論證組一位專家表示。(趙魯)
 

 
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